ES2256013T3 - Procedimiento para la obtencion de acidos 2-halo-6-nitrobenzoicos. - Google Patents
Procedimiento para la obtencion de acidos 2-halo-6-nitrobenzoicos.Info
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Abstract
Procedimiento para la obtención de ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos de la fórmula (I), en la que R1, R2 y R3 significan, independientemente entre sí, hidrógeno, flúor, cloro, bromo, nitro o carboxilo y Hal significa flúor, cloro o bromo, a partir de los alcoholes 2-halo-6-nitrobencílicos, ésteres o éteres de la fórmula (II) o mezclas de estos compuestos, donde R1, R2, R3 y Hal tienen el significado anteriormente citado y R4 significa hidrógeno, alquilo con 1 a 10 átomos de carbono, carbonilalquilo con 1 a 10 átomos de carbono o 2-halo-6-nitrobencilo, , caracterizado porque se calientan entre 50 y 200ºC compuestos de 2-halo-6-nitrobencilo de la fórmula (II) en presencia de ácido nítrico.
Description
Procedimiento para la obtención de ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la obtención de ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
mediante oxidación de alcoholes
2-halo-6-nitro-bencílicos
y/o sus ésteres y/o éteres con ácido nítrico y al empleo de este
procedimiento como etapa final en la obtención de ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
a partir de
2-halo-6-nitrotoluenos.
Para la obtención de los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos,
pertenece al estado de la técnica solo un reducido número de formas
de proceder:
El autor B. D. Andrews describe en la publicación
Aust. J. Chem. 25 (1972), páginas 639-646, la
hidrólisis de
2-halo-6-nitrobenzonitrilo.
La hidrólisis del
2-halo-6-nitrobenzonitrilo
es insatisfactoria con un rendimiento del 38%.
Las publicaciones
EP-A-529426 y
DE-A-3409244 describen la oxidación
de
2-halo-6-nitrotolueno
con ácido nítrico. La publicación
DE-A-3409244 describe la oxidación
de
2-halo-6-nitrotolueno
con ácido nítrico diluido a 220ºC y a 30 bares. La reacción es
incompleta, la elaboración complicada y el reactor es caro debido a
la resistencia a la presión necesaria. En la publicación
EP-A-529426 se describe una forma de
proceder, sin presión, para la oxidación del
2-halo-6-nitrotolueno
con ácido nítrico. La mezcla de la reacción tiene únicamente una
concentración del 7,8% en educto, contiene en gran parte ácido
sulfúrico al 70% altamente corrosivo y tiene que hacerse reaccionar
a temperaturas de 175ºC. Tras la extracción con
o-diclorobenceno se obtiene el ácido deseado en
forma cristalina con un rendimiento del 65% aproximadamente.
La oxidación de los alcoholes
2-halo-6-nitrobencílicos
con permanganato de potasio ha sido descrita por Lehmstedt y
Schrader en la publicación Chem. Ber. 70 (1937), páginas
1526-1536. Esta forma de proceder proporciona
rendimientos satisfactorios, pero sin embargo se forma pirolusita
como producto de desecho obligatorio, lo cual hace que sea
desfavorable para realizaciones industriales. Además, el
permanganato de potasio no es un agente de oxidación económico. Los
autores Lehmstedt y Schrader describen además de la oxidación del
alcohol también su preparación a partir de
2-halo-6-nitrotolueno,
con la serie de síntesis constituida por la bromación, la
substitución nucleófila para dar el acetal y la saponificación. En
este caso se alcanzan igualmente concentraciones de, tan solo, el
12% aproximadamente en compuesto a ser oxidado, lo cual conduce a
bajos rendimientos espacio-tiempo. La mezcla
acuosa, a partir de la cual se obtiene el producto mediante
cristalización, tiene una concentración del 7% aproximadamente en
ácido
2-cloro-6-nitrobenzoico,
que se obtiene con un rendimiento del 60% con relación al
2-cloro-6-nitrotolueno.
El autor Gindraux describe en la publicación
Helv. Chim. Acta 12 (1929), páginas 921-934 la
bromación del
2-halo-6-nitrotolueno
como solución al 50% aproximadamente en
o-diclorobenceno, la hidrólisis del bromuro de
bencilo con solución de carbonato de sodio y su oxidación para dar
aldehído con bicromato/ácido sulfúrico. El agente oxidante, que
contiene cromo, no conduce, por lo tanto, a los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
y los residuos formados, que contienen cromo, tienen que eliminarse
de manera costosa debido a su toxicidad.
Los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
son productos intermedios importantes, por ejemplo para la
obtención de ácidos 6-haloantranílicos, que sirven,
a su vez, para la obtención de productos farmacéuticos, productos
para la protección de las plantas y colorantes.
La tarea de la presente invención consistía en
desarrollar un procedimiento que hiciese accesibles los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
con elevada pureza y con buenos rendimientos
espacio-tiempo con condiciones de reacción suaves de
tal manera, que estos compuestos pudiesen fabricarse del modo más
económico posible en grandes cantidades.
Se ha encontrado ahora un procedimiento para la
obtención de los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
de la fórmula (I),
en la que R^{1}, R^{2} y
R^{3} significan, independientemente entre sí, hidrógeno, flúor,
cloro, bromo, nitro o carboxilo y Hal significa flúor, cloro o
bromo, a partir de los alcoholes
2-halo-6-nitrobencílicos,
ésteres o éteres de la fórmula
(II)
o mezclas de estos compuestos,
donde R^{1}, R^{2}, R^{3} y Hal tienen el significado
anteriormente citado y R^{4} significa hidrógeno, alquilo con 1 a
10 átomos de carbono, carbonilalquilo con 1 a 10 átomos de carbono o
2-halo-6-nitrobencilo,
caracterizado porque se calientan entre 50 y
200ºC compuestos de
2-halo-6-nitrobencilo
de la fórmula (II) en presencia de ácido nítrico.
Además, la invención se refiere a un
procedimiento para la obtención de los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
de la fórmula (I) a partir de
2-halo-6-nitrotoluenos
de la fórmula (III)
en la que R^{1}, R^{2}, R^{3}
y Hal tienen el significado anteriormente indicado, caracterizado
porque se transforma un
2-halo-6-nitrotolueno
de la fórmula (III) en el correspondiente bromuro de
2-halo-6-nitrobencilo,
seguido de una substitución nucleófila del bromuro para dar el
compuesto correspondiente de la fórmula (II) y a continuación
oxidación con ácido nítrico, según la
invención.
El procedimiento, según la invención, permite
obtener los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
con buenos rendimientos de manera sencilla con elevada pureza, si se
parte de los
2-halo-6-nitrotoluenos,
no es necesario aislar los productos de la bromación o de la
substitución nucleófila del bromo en estado puro, lo cual posibilita
una conducción del procedimiento muy sencilla.
Los compuestos preferentes de
2-halo-6-nitrobencilo
de la fórmula (II) son aquellos en los cuales R^{1}, R^{2},
R^{3} y R^{4} significan hidrógeno y Hal significa flúor o
cloro. El alcohol
2-cloro-6-nitrobencílico
es especialmente preferente como producto de partida.
El ácido nítrico puede contener por ejemplo entre
un 10 y un 95% en peso, preferentemente entre un 35 y un 90% en
peso de agua. Por regla general se emplearán entre 1 y 10 moles de
ácido nítrico por mol de educto. Es preferente el empleo de 2 hasta
8 moles, de forma especialmente preferente desde 3 hasta 5 moles de
ácido nítrico por mol de educto.
La oxidación, según la invención, se lleva a
cabo, ventajosamente, a temperaturas comprendidas entre 80ºC y
180ºC, preferentemente entre 100 y 160ºC, de forma especialmente
preferente entre 130 y 150ºC.
El tiempo de reacción puede estar comprendido,
por ejemplo, entre 1 y 30, preferentemente entre 2 y 15 horas.
El compuesto de la fórmula (II) puede someterse a
la oxidación, según la invención, con o sin disolvente. Cuando se
utilice un compuesto de la fórmula (II) en solución, se añadirá
preferentemente una cantidad de disolvente tal, que la fase
orgánica contenga hasta un 75% en peso, de forma especialmente
preferente hasta un 50% en peso de disolvente.
Como disolventes son adecuados, por ejemplo,
todos los compuestos difícilmente oxidables con puntos de fusión por
debajo de 50ºC, preferentemente por debajo de 10ºC y puntos de
ebullición por encima de 100ºC, preferentemente por encima de 150ºC.
De manera ejemplificativa pueden citarse: nitrobenceno,
2-cloro-nitrobenceno,
1,2-diclorobenceno,
1,3-diclorobenceno,
1,2,4-triclorobenceno,
1,2,3,4-tetraclorobenceno,
1,1,2,2-tetracloroetano, piridina, pirimidina,
benzonitrilo y mezclas de los disolventes citados. De manera
especialmente preferente se empleará el
1,2-diclorobenceno.
Por regla general, se llevará a cabo el
procedimiento, según la invención, a presiones comprendidas entre 1
y 50 bares, preferentemente a 2 hasta 15 bares. No obstante es
posible también una conducción de la reacción a presión normal.
En una forma preferente de realización se oxidará
el compuesto de la fórmula (II) de tal manera, que se dispondrá
total o parcialmente el ácido nítrico y se calentará hasta la
temperatura de la reacción deseada. A continuación se dosificará el
compuesto de la fórmula (II) en caso dado con dosificación de una
cantidad adicional de ácido nítrico en el transcurso de 1 hasta 20,
preferentemente de 2 hasta 10 horas. En este caso se mantendrá
constante la presión en el recipiente de la reacción después de una
fase corta inicial. Una vez verificada la adición se continúa
agitando durante 0,1 hasta 10, preferentemente desde 0,5 hasta 2
horas.
La reacción se lleva a cabo de forma muy
especialmente preferente, en ausencia de disolventes. Se quiere
indicar con ello que no están mezclados con el compuesto a ser
oxidado de la fórmula (II), restos de disolventes en una proporción
mayor que el 20%, preferentemente no mayor que el 10% en peso, de
forma especialmente preferente no mayor que el 5% en peso.
En caso dado pueden añadirse catalizadores para
la oxidación tales como compuestos de cromo, de molibdeno, de
volframio o de vanadio y, además del ácido nítrico, pequeñas
cantidades de ácido sulfúrico. Preferentemente se oxidará, de
manera exclusiva, con mezclas de ácido
nítrico-agua.
La oxidación puede llevarse a cabo también de
manera continua, por ejemplo en un reactor tubular de tiempo de
residencia.
Según la invención, puede accederse a los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
de la fórmula (I) también en un procedimiento con varias etapas a
partir de los
2-halo-6-nitrotoluenos
de la fórmula (III). Para ello se bromará en primer lugar en forma
en sí conocida, a continuación se someterá a una substitución
nucleófila al bromuro obtenido, en forma en sí conocida, para dar
los correspondientes compuestos de la fórmula (II) y, finalmente, se
oxidará con ácido nítrico, según la invención.
Los compuestos preferentes de la fórmula (III)
son aquellos en los cuales R^{1}, R^{2} y R^{3} significan
hidrógeno y Hal significa flúor o cloro. El
2-cloro-6-nitrotolueno
es especialmente preferente.
Preferentemente, se llevará a cabo la bromación
con bromo elemental o con
N-bromo-succinimina.
La substitución nucleófila del bromuro se lleva a
cabo, preferentemente, mediante reacción con carbonatos y/o con
bicarbonatos de metales alcalinos o de metales alcalinotérreos,
mediante reacción con carboxilatos orgánicos de metales alcalinos o
de metales alcalinotérreos o mediante reacción con alcoholatos o con
hidróxidos de metales alcalinos o de metales alcalinotérreos.
Preferentemente, se llevarán a cabo las dos
primeras etapas de la reacción (bromación, substitución del
bromuro) en presencia de un disolvente. Pueden emplearse los
disolventes que ya han sido descritos. El
1,2-diclorobenceno es especialmente preferente.
Preferentemente, se llevará a cabo esta etapa del
procedimiento sin aislamiento intermedio del bromuro y sin
aislamiento intermedio del alcohol, del éter o del éster y sin
cambio de disolvente y la oxidación, según la invención, se llevará
a cabo directamente a continuación. Al final de la serie de
reacciones puede obtenerse el ácido formado de la fórmula (I) con
elevada pureza mediante cristalización.
De forma especialmente preferente, se eliminará
total o parcialmente, mediante evaporación, del compuesto de la
fórmula (II) el disolvente tras la etapa de la substitución del
bromuro.
La combinación de las etapas del procedimiento
que consisten en la bromación, en la substitución del bromuro y en
la oxidación con ácido nítrico permite, a partir de los
2-halo-nitrotoluenos de la fórmula
(II), preparar los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
de la fórmula (I) por medio de una serie de reacciones que puede
llevarse a cabo de una manera muy sencilla desde el punto de vista
industrial.
El procedimiento, según la invención, puede
llevarse a cabo, por ejemplo, de la manera siguiente. Se dispone en
una cuba con agitador, con tubo para la alimentación y con
condensador, un disolvente y se disuelve un
2-halo-6-nitrotolueno
de la fórmula (III). A través del tubo se introduce bromo elemental
a temperaturas comprendidas entre 120 y 200ºC, preferentemente
comprendidas entre 140 y 180ºC. Una vez concluida la bromación se
refrigera a 20 hasta 50ºC y se expulsan, con nitrógeno, el HBr
disuelto y los restos de bromo. A continuación se bombea una
solución acuosa de carbonato de sodio y la mezcla de la reacción se
calienta, bajo presión autógena, a 80 hasta 160ºC, preferentemente a
90 hasta 130ºC. Una vez concluida la substitución del bromo se
refrigera a 20 hasta 80ºC y se separa la fase acuosa de la fase
orgánica. Se bombea a la fase orgánica, a 80 hasta 160ºC,
preferentemente a 90 hasta 140ºC, ácido nítrico acuoso al 65% en
peso y se agita hasta la oxidación completa. En este caso puede
eliminarse por destilación el agua formada de tal manera, que la
concentración en ácido permanezca constante. Una vez concluida la
oxidación se elimina por destilación el ácido nítrico de tal manera,
que únicamente quede en la cuba la fase orgánica y los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
de la fórmula (I) se cristalizan mediante refrigeración de la
solución a 25ºC aproximadamente.
La cristalización se completa mediante
refrigeración adicional a 0ºC aproximadamente y los cristales se
separan mediante filtración. Un lavado final con una pequeña
cantidad de disolvente frío, puro, proporciona los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
puros de la fórmula (I) con rendimientos que, en general, están
comprendidos entre el 50% y el 80% con relación al
2-halo-6-nitrotolueno
empleado de la fórmula (III).
Preferentemente, se llevará a cabo la oxidación
del alcohol de manera inversa, es decir que se dispondrá el ácido
nítrico y se bombeará al mismo el alcohol. Ventajosamente el alcohol
se liberará de los disolventes como paso previo a la adición.
Mediante la conducción inversa de la reacción
pueden obtenerse rendimientos de hasta el 95% de la teoría durante
la oxidación, según la invención,. La conducción inversa de la
reacción puede llevarse a cabo, además, a escala industrial de
manera muy segura.
El procedimiento, según la invención, se ha
acreditado especialmente para la obtención del ácido
2-cloro-6-nitrobenzoico.
El procedimiento, según la invención, para la
obtención de los ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
se explica con mayor detalle a continuación por medio de los
ejemplos siguientes, sin que la invención quede limitada en modo
alguno por estos ejemplos.
En tanto en cuanto no se diga otra cosa, las
indicaciones en porcentaje corresponden a datos en tanto por cierto
en moles. Los datos del rendimiento están relacionados con el
2-cloro-6-nitrotolueno
empleado.
Se disolvieron 400 g de
2-cloro-6-nitrotolueno
en 369 g de 1,2-diclorobenceno y se calentó, bajo
nitrógeno, hasta 165ºC. Una vez que se alcanzó la temperatura de la
reacción se dosificaron 447 g de bromo en el transcurso de 6 horas y
se continuó agitando durante media hora. La corriente de HBr formada
se condujo a través de un refrigerador para precipitar el bromo
arrastrado y se recicló hasta la reacción.
Una vez verificada la bromación se refrigeró a
100ºC y se expulsaron con nitrógeno el HBr y los restos de
bromo.
El análisis de la mezcla presentó un 0,47% en
moles de
2-cloro-6-nitrotolueno
no transformado y un 99,4% en moles de bromuro de
2-cloro-6-nitrobencilo.
La mezcla de la reacción, procedente del ejemplo
1, se refrigeró a 40ºC y se combinó con un 120% en moles (referido
al
2-cloro-6-nitrotolueno
empleado) de una solución acuosa al 20% en peso de carbonato de
sodio. La mezcla, perfectamente agitable, se calentó a 120ºC y se
agitó durante 6 horas a esta temperatura, con lo que se estableció
una presión de 5-6 bares.
La mezcla de la reacción se refrigeró a 40ºC y se
separó la fase acuosa de la fase orgánica.
El análisis de la fase orgánica proporcionó un
0,6% en moles de
2-cloro-6-nitrotolueno
no transformado, un 0,1% en moles de bromuro de
2-cloro-6-nitrobencilo
no transformado y un 98% en moles del alcohol
2-cloro-6-nitrobencílico.
La fase orgánica, procedente del ejemplo 2, se
calentó a 140ºC y se combinó, en el transcurso de 4 horas, con un
220% en moles (referido al
2-cloro-6-nitrotolueno
empleado) de ácido nítrico al 65% en peso y se continuó agitando
durante 2 horas. En este caso se eliminó por destilación un ácido
nítrico acuoso al 9% en peso aproximadamente y se desprendieron
gases nitrosos. El 1,2-diclorobenceno, destilado
concomitantemente, se recicló de nuevo hasta la carga.
La mezcla residual de ácido
nítrico-agua se eliminó por destilación y la mezcla
de la reacción se refrigeró en el transcurso de 4 horas a 0ºC. El
ácido
2-cloro-6-nitrobenzoico,
precipitado, se separó por filtración y se lavó con una pequeña
cantidad de 1,2-diclorobenceno frío.
Tras el secado se obturo el ácido
2-cloro-6-nitrobenzoico
puro con un rendimiento del 60% (referido al
2-cloro-6-nitrotolueno).
La fase orgánica, procedente del ejemplo 2, se
calentó a 100ºC y se eliminó por destilación, a 15 mbares, en el
transcurso de 2 horas, 1,2-diclorobenceno hasta un
contenido residual del 4% en peso.
Se dispuso en un autoclave un 400% en moles
(referido al
2-cloro-6-nitrotolueno
empleado) de ácido nítrico al 65% en peso y se calentó hasta 140ºC.
Se dosificó homogéneamente en el transcurso de 8,5 horas el alcohol
bencílico, ampliamente liberado de disolvente. En este caso se
mantuvo constante la presión en el autoclave a 10 bares. El ácido
nítrico y el 1,2-diclorobenceno desprendidos no
fueron renovados. Una vez que se había bombeado la cantidad total de
alcohol bencílico se continuó agitando durante 10 minutos, se
refrigeró a 100ºC y se descomprimió.
El ácido nítrico acuoso se eliminó por
destilación con un ligero vacío y el residuo remanente se disolvió
en 400 g de 1,2-diclorobenceno.
El análisis de la mezcla mostró un 1,44% en moles
del alcohol
2-cloro-6-nitrobencílico
no transformado, un 0,26% en moles de
2-cloro-6-nitrobenzaldehído
y un 90% en moles de ácido
2-cloro-6-nitrobenzoico.
La mezcla se refrigeró, en el transcurso de 4
horas, a 25ºC. El ácido
2-cloro-6-nitrobenzoico
precipitado se separó por filtración y se lavó con un poco de
1,2-diclorobenceno frío. Tras el secado se obtuvo el
ácido
2-cloro-6-nitrobenzoico
puro, con un rendimiento del 78% (referido al
2-cloro-6-nitrotolueno
empleado).
Claims (10)
1. Procedimiento para la obtención de ácidos
2-halo-6-nitrobenzoicos
de la fórmula (I),
en la que R^{1}, R^{2} y
R^{3} significan, independientemente entre sí, hidrógeno, flúor,
cloro, bromo, nitro o carboxilo y Hal significa flúor, cloro o
bromo, a partir de los alcoholes
2-halo-6-nitrobencílicos,
ésteres o éteres de la fórmula
(II)
o mezclas de estos compuestos,
donde R^{1}, R^{2}, R^{3} y Hal tienen el significado
anteriormente citado y R^{4} significa hidrógeno, alquilo con 1 a
10 átomos de carbono, carbonilalquilo con 1 a 10 átomos de carbono o
2-halo-6-nitrobencilo,
caracterizado porque se calientan entre 50
y 200ºC compuestos de
2-halo-6-nitrobencilo
de la fórmula (II) en presencia de ácido nítrico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque R^{1}, R^{2}, R^{3} y R^{4}
significan hidrógeno y Hal significa flúor o cloro.
3. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque se emplea el
alcohol
2-cloro-6-nitrobencílico.
4. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se emplean de 2
hasta 8 moles de ácido nítrico por mol de educto.
5. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el ácido nítrico
se dispone total o parcialmente y se dosifica el compuesto
2-halo-6-nitrobencílico
de la fórmula (II) a ser oxidado.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el compuesto a ser oxidado no contiene
mezclado más de un 20% en peso de un disolvente, referido al
compuesto a ser oxidado.
7. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se preparan los
alcoholes
2-halo-6-nitrobencílicos,
los ésteres o los éteres de la fórmula (II)
en la que Hal, R^{1}, R^{2},
R^{3} y R^{4} tienen el significado indicado en la
reivindicación 1, transformándose un
2-halo-6-nitrotolueno
de la fórmula
(III)
en la que Hal, R^{1}, R^{2} y
R^{3} tienen el significado indicado en la reivindicación 1, en el
correspondiente bromuro de
2-halo-6-nitrobencilo,
seguido de una substitución nucleófila del
bromuro.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se emplea un
2-halo-6-nitrotolueno
de la fórmula (III) en la que R^{1}, R^{2} y R^{3} significan
hidrógeno y Hal significa flúor o cloro
9. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 7 a 8, caracterizado porque las etapas del
procedimiento que consisten en la bromación y en la substitución
nucleófila del bromuro se llevan a cabo sin aislamiento de los
productos correspondientes.
10. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque las etapas del
procedimiento que consisten en la bromación y en la substitución
nucleófila del bromuro se llevan a cabo en presencia de un
disolvente sin cambio de disolvente, a continuación se elimina el
disolvente hasta que ya no esté presente más de un 20% en peso de
disolvente con relación al compuesto a ser oxidado, y a continuación
se lleva a cabo la oxidación.
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