способ получения замещенных ароматических нитрилов
Классы МПК: | C07C253/22 реакцией аммиака с карбоновыми кислотами с замещением карбоксильных групп на цианогруппы C07C255/50 неконденсированных шестичленных ароматических колец |
Автор(ы): | Детлеф Паулут[DE], Клаус-Петер Шталь[DE] |
Патентообладатель(и): | Мерк Патент ГмбХ (DE) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-03-19 публикация патента:
19.06.1995 |
Использование: в химии замещенных нитрилов - промежуточных продуктов в органическом синтезе. Сущность изобретения: получение замещенных ароматических нитрилов ф-лы I: R-(A
-Z
)m-(A
-Z
)n-Ar-CN , где R - галоген, CN, алкильный C1-C15 - остаток, причем в этих остатках одна или несколько метиленовых групп независимо одна от другой могут быть заменены кислородом, серой или карбонилом таким образом, чтобы сера и/или кислород не соединялись непосредственно друг с другом; A
, A
- независимы друг от друга и означают транс-1, 4-циклогексильный остаток; Z
, Z
- простая связь;; Ar - 1,4-фениленовый остаток, ведут пропусканием газообразного аммиака через расплав соответствующей ароматической карбоновой кислоты, в которой суспендирован катализатор, с удалением образующейся реакционной воды избыточным аммиаком. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.
Рисунок 1








Формула изобретения
1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАМЕЩЕННЫХ АРОМАТИЧЕСКИХ НИТРИЛОВ общей формулыR-(A1 Z1)m (A2 - Z2)n-A2-CN,
где R галоген, CN, незамещенный алкильный остаток с 1 15 атомами углерода, причем в этих остатках одна или несколько групп CH2 независимо друг от друга могут быть замещены на О-, S, CO, таким образом, чтобы S и/или атом кислорода непосредственно не соединялись друг с другом;
A1, A2 независимо друг от друга означают
а) транс-1,4-циклогексильный остаток, где одна или две СН-группы могут быть заменены на О и/или S;
б) 1,4-фениленовый остаток, где одна или две СН-группы могут быть заменены на азот;
в) 1,4-циклогексанилен, 1,4-бицикло-(2,2,2)-октилен, пиперидин-1,4-диил, нафталин-2,6-диил, декагидронафталин-2,6-диил и 1,2,3,4-тетрагидронафталин-2,6-диил;
Ar 1,4-фениленовый, нафталин-2,6-диильный, пиридин-2,5-диильный или пиримидин-2,5-диильный остаток, причем остатки, указанные в а), б) и Ar могут быть замещены CN-группой или галогеном;
Z1 и Z2 простая связь, -CH2CH2-OCH2- и CH2O-,
n 0,1,
путем взаимодействия соответствующей ароматической карбоновой кислоты в виде расплава с газообразным аммиаком в присутствии катализатора дегидратации, отличающийся тем, что газообразный аммиак пропускают через расплав ароматической карбоновой кислоты, в котором растворен или суспендирован катализатор, с удалением образующейся воды избыточным аммиаком. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что катализатором дегидратации является оксид алюминия, оксид цинка, ацетат кобальта, фосфат бора и дигидрофосфат аммония. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что процесс ведут в реакционном сосуде, снабженном восходящей обогреваемой трубой, которая заполнена гранулированным катализатором дегидратации. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что взаимодействие осуществляется при т 200 400oС. 5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что используют 0,1 5,0 мас. катализатора в расчете на превращаемую карбоновую кислоту.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способу получения замещенных ароматических нитрилов путем взаимодействия ароматических карбоновых кислот с газообразным аммиаком в присутствии катализатора дегидратации. Простые ароматические нитрилы, как нитрил никотиновой кислоты и нитрил терефталевой кислоты, представляют собой важные промежуточные продукты в органической промышленной химии. Соответственно замещенные ароматические нитрилы, например 4-(транс-4-пропилциклогексил) бензонитрил (жидкий кристалл), также могут быть высокоценными целевыми продуктами. В случае получаемых в крупном промышленном масштабе ароматических нитрилов, в качестве способа получения доминирует окисление с аммиаком, в случае метилароматических соединений взаимодействие с аммиаком и кислородом в присутствии катализатора. Известно, что, например, п- и м-ксилол благодаря окислению с аммиаком переводят в соответствующие динитрилы, а нитрил никотиновой кислоты получают из 3-пиколина по этому способу (K. Weissermel и H. -J. Arpe, Industrielle Organishe Chemie, 3-е изд. с. 422, VCH, 1988). Известны способы получения фталодинитрила из бистрихлорбензонитрила и аммиака в присутствии катализатора, а для получения изофталонитрила путем взаимодействия изофталоилхлорида с аммиаком в присутствии катализатора. Для получения алифатических нитрилов, например нитрилов жирных кислот, оcущеcтвляетcя взаимодейcтвие cоответcтвующих киcлот с аммиаком в присутствии катализатора при температуре 250-550оС. Известны способы получения окси- и аминобензонитрилов из соответствующих сложных эфиров бензойной кислоты с помощью аммиака в присутствии катализаторов. В противоположность этому, предлагаемые исходные продукты это свободные, замещенные ароматические карбоновые кислоты, заместители которых на основании реакционных условий склонны к реакциям изомеризации, диспропорционирования или трансалкилирования. Получение замещенных ароматических нитрилов с алифатическими боковыми цепями, которые в случае необходимости содержат также гетероатомы, как кислород, или центр хиральности в боковой цепи и другие заместители в ароматическом кольце (например, атомы галогенов), из соответствующих кислот при указанных условиях до сих пор неизвестно. Известно, что в случае алкилароматических соединений, например ксилол, в области 200-260оС в присутствии цеолитных катализаторов и при 400-500оС в присутствии Al2O3 SiO2 возможны как изомеризации, так и диспропорционирования и трансалкилирования. Возможны также реакции карбонизации. В то время как алифатические жирные кислоты ни в виде свободной кислоты, ни в виде соли не могут декарбоксилироваться (например, J. March, Advanced Organic Chemistry, с. 562, 1985), известно, что ароматические карбоновые кислоты декарбоксилируются при повышенных температурах, например при нагревании с медью и солями меди в хинолине, при нагревании с сильными кислотами и при нагревании их солей. Кроме того, ароматические карбоновые кислоты изомеризуются при нагревании в присутствии солей цинка и кадмия. Такие замещенные нитрилы, в общем, получают тем, что сначала строится основное "тело" молекулы, которое составляется из стерически единой, алифатической и ароматической или гетероциклической части. Затем путем бромирования ароматического соединения и последующего замещения брома на СN (например, с помощью цианида меди) получают нитрил. Если ароматическая часть уже содержит карбоксильную группу, то циано-группу вводят путем трехстадийной реакционной последовательности (хлорангидрид кислоты, амид, нитрил). Например, получают п-(транс, транс-4-алкилбициклогексил)-3-фторбензонитрилы таким образом, только с выходом 14% (например, Е. Poetsch, Kontakte, 1988, 2, с. 21). Дальнейшими важными способами получения замещенных ароматических нитрилов являются дегидратация соответствующих альдоксимов и введение нитрильной группы по Зандмейеру. Всем указанным способом с промышленной точки зрения присущи различные недостатки. Так, при введении нитрильной группы с помощью высокоядовитого цианида меди образуются состоящие из бромида меди и избыточного цианида меди плохо удаляемые отходы. Многостадийные способы, как переведение кислот через хлорангидриды и амиды в нитрилы, очень дорогостоящие. В зависимости от используемых реагентов также образуются вызывающие проблемы отходы, как SO2 и HCl, при использовании тионилхлорида или фосфорной кислоты, и HCl при использовании POCl3 или PCl3. Реакции Зандмейера присущи многочисленные отягчающие недостатки, здесь необходим большой избыток цианида. На основании водосодержащей реакционной смеси в случае аминов с большим неполярным остатком нужно работать в суспензии, что зачастую отрицательно влияет на превращение и скорость реакции. Также здесь образуются значительные количества цианидсодержащих солей меди в качестве отходов. Задачей изобретения являлась разработка способа получения замещенных ароматических нитрилов, который не обладает или обладает только в незначительной мере описанными недостатками прежних способов. Замещенные бензойные пиридинкарбоновые и пиримидинкарбоновые кислоты с высоким выходом (путем введения во взаимодействие с аммиаком в присутствии катализатора при 200-350оС) можно переводить в соответствующие замещенные ароматические нитрилы, причем в достойной упоминания степени не наступают снижающие выход побочные реакции. При этой реакции из карбоновой кислоты и аммиака in situ получают соответствующие амиды, которые дегидратируют до нитрила. Эти амиды можно также дегидратировать непосредственно по предлагаемому способу. Предметом изобретения является способ получения замещенных ароматических нитрилов, состоящий в том, что замещенные ароматические карбоновые кислоты вводят во взаимодействие с газообразным аммиаком в присутствии катализатора дегидратации. Понятие замещенные ароматические нитрилы охватывает замещенные бензонитрилы, замещенные пиридин- и пиримидинкарбонитрилы, а также замещенные и незамещенные цианнафталины. В качестве заместителей принимают во внимание линейные и разветвленные алкильные и оксиалкильные группы (также хиральные), циклоалкильные группы, как циклогексил и алкил- и оксаалкилциклогексил, фенильные, алкилфенильные и оксаалкилфенильные группы, а также соответствующие пиридильные и пиримидильные группы. Фенильное кольцо наряду с алкильной группой может содержать еще другие заместители, например галогены, в особенности фтор и хлор. По предлагаемому способу можно получать ароматические нитрилы формулы IR (AI ZI/m (A2 Z2)n Ar CN (I) где R H галоген, СN, незамещенный, однократно замещенный CN или CF3или, по крайней мере, однократно замещенный галогеном алкильный или алкенильный остаток с 1-15 атомами, причем в этих остатках также одна или несколько СH2-групп, смотря по обстоятельствам, независимо друг от друга, могут быть заменены -S-, -O-, -CO-, так, что S- и/или О-атомы непосредственно друг с другом не связаны. А1 и А2, cмотря по обстоятельствам, независимо друг от друга, обозначают:
(а) транс-1,4-циклогексильный остаток, где также одна или несколько не соседних СН2-групп могут быть замещены -О- или -S-,
(б) 1,4-фениленовый остаток, где одна или две СН-группы могут быть заменены на N,
(в) остаток из группы 1,4-циклогексилена, 1,4-бицикло-(2,2,2)-октилена, пиперидин-1,4-диила, нафталин-2,6-диила декагидронафталин-2,6-диила и 1,2,3,4-тетрагидронафталин-2,6-диила,
Ar 1, 4-фениленовый, нафталин-2,6-диильный, пиридин-2,5-диильный или пиримидин-2,5-диильный остаток, причем остатки (а), (б) и Ar могут быть замещены СN или галогеном,
Z1 и Z2, смотря по обстоятельствам, независимо друг от друга, обозначают -СН2-CН2-OCH2-, -CH2O-, однократную связь, m и n, смотря по обстоятельствам, независимо друг от друга, обозначают 0,1 или 2. Ради упрощения далее Phe обозначает 1,4-фениленовую группу, где также одна или две CH-группы могут быть заменены на N, причем 1,4-фениленовая группа также может быть замещена одним или двумя атомами галогена и/или CN-группами, Сy обозначает 1,4-циклогексиленовую группу, где также одна или две из не соседних CH2-групп могут быть заменены -S- и/или О-атомами. Эти замещенные 1,4-фениленовые группы предпочтительно представляют собой 2-фтор, 3-фтор или 2,3-дифторфениленовые группы. Выше и в последующем R, A1, A2, A, Z1, Z2, m и n имеют указанное значение, если не указано ничего другого. Получаемые по предлагаемому способу соединения формулы I охватывают таковые формулы Ia Ik: R-A1-Phe-CN (1a); R-A1-Z1-Phe-CN (1b); R-A1-A2-Phe-CN (1с); R-A1-A2-Z2-Phe- -CN (1d). R-A1-Z1-A2-Phe-CN (1e); R-A1-Z1-A2-Z2--Phe-CN (1f); R-A1-A1-A2-Phe-CN (1g); R-A1-Z1-A1-A2--Phe-CN (1h); R-A1-A1-Z1-A2-Phe-CN (1i); R-A1-A1-A2-Z2-Phe-CN (1j); R-A1-Z1-A1-A2-Z2-Phe-CN (1k). Из них предпочтительны особенно соединения формул Ia, Ib, Ic, Id и Ie. Из соединений формул Ia особенно предпочтительны таковые частичных формул Iaa Ia алкил -Сy-Phe-CN (1aa) алкил Pne-Phe-CN (Iab)
алкокси -Phe-Phe-CN (Iac) алкокси Сy-Phe-CN (Iad)
алкил -Cy-CH2CH2-Phe-CN (Iae) алкокси -Cy-CH2CH2-Phe-CN (1af). В предпочтительных соединениях выше- и нижеприведенных формул R обозначает алкильную группу предпочтительно с 1-10 С-атомами, алкоксильную или алканоилокси-группу, предпочтительно, смотря по обстоятельствам, с 1-10 С-атомами. Особенно предпочтительными алкильными группами являются гексил, пентил, бутил, изобутил, пропил, изопропил, метил и этил, в особенности метил, особенно предпочтительными алкоксильными группами являются гексокси, пентокси, изобутокси, пропокси, изопропокси, метокси и этокси, в особенности метокси, особенно предпочтительными алканоилокси-группами, являются гексаноилокси, пентаилокси, бутирилокси, пропионилокси, ацетилокси, и формилокси, в особенности ацетилокси. В предпочтительных соединениях выше и нижеприведенных формул алкильные остатки, в которых также одна СH2-группа (алкокси или оксаалкил) может быть заменена О-атомом, могут быть линейными или разветвленными. Предпочтительно они содержат 2,3,4,5,6,7,8,9 или 10 С-атомов и соответственному этому предпочтительно обозначают этил, пропил, бутил, пентил, гексил, гептил, октил, нонил, децил, пропокси, этокси, бутокси, пентокси, гексокси, гептокси, октокси, нонокси и децокси, далее, также индецил, додецил, индецокси, додецокси, 2-оксапропил (-метоксиметил), 2-(-этоксиметил) или 3-оксабутил)= 2-метокси-этил), 2-, 3- или 4-оксапентил, 2-, 3-, 4- или 5-оксагексил, 2-, 3-, 4-, 5- или 6-оксагептил. А1 и А2 предпочтительно обозначают Сy или Phe. В соединениях выше- и нижеприведенных формул Phe обозначает предпочтительно 1,4-фениленовую (Ph), одно- или двукратно замещенную F или СN 1,4-фениленовую группу (Phe Х), пиримидин-2,5-диильную (Pyr), пиридин-2,5-диильную (Pyn), пиразин-2,6-диильную или пиридазин-2,5-диильную группу, в особенности предпочтительны Ph, Pheх, Pyr или Pyn. Предпочтительно полученные по предлагаемому в изобретении способу соединения содержит не более чем одну 1,4-фениленовую группу, где одна или две СН-группы заменены азотом, Сy обозначает предпочтительно 1,4-циклогексиленовую группу. В особенности предпочтительны соединения формулы I, где одна из групп А1 и А2 обозначает замещенную в 1- или 4-положении СN-группой 1,4-циклогексиленовую группу, а нитрильная группа находится в аксиальном положении, т.е. группа А1, соответственно А2 имеет следующую конфигурацию




Ar H + H2O + CO2 R остаток, например, (I) алкил. Примеры поясняют изобретение, не ограничивая его объема. Т.пл. точка плавления, Т. о точка осветления, выше- и нижеуказанные данные в процентах обозначают массовый процент, все температуры указаны в градусах Цельсия. Введены обозначения:
К кристаллическитвердое состояние, С смектическая фаза (показатель характеризует тип фазы), Н нематическое состояние, Х холестерическая фаза, И изотропная фаза. Число, стоящее между двумя символами, дает температуру превращения в градусах Цельсия. Аппарат I. Обогреваемая круглодонная колба с мешалкой, внутренним термометром, газоподводящей трубкой и восходящей, обогреваемой длиной 30-50 cм трубкой. Восходящая трубка заполнена гранулированным катализатором дегидратации. Обогреваемая трубка через соединение связана с холодильником, приемником (для образующейся во время реакции воды) и счетчиком пузырьков. Аппарат 2. Обогреваемая реакционная трубка длиной 30 см и с внутренним диаметром 2,5 см, с термоэлементом, обогреваемым подводящим сосудом, зумпфовой колбой (Sumpfblase) c газоподводящей трубкой и отгоночной частью с нисходящим холодильником. Реакционная трубка заполнена гранулированным катализатором дегидратации. Указанные в примерах соединения известны. Идентичность устанавливалась путем сравнения газожидкостных хроматограмм или хроматограмм, получаемых путем жидкостной хроматографии высокого давления, ИК-спектров и в случае необходимости величин вращения с соответствующими значениями аутентичных образцов. П р и м е р 1. Смесь из 192,1 г 4-(транс-4-пентилциклогексил)бензойной кислоты (2) и 3,0 г ацетата кобальта (II) в аппарате 1 нагревают при 200оС при введении аммиака. Перемешивают 0,5 ч при этой температуре и затем нагревают далее при 270оС до тех пор, пока более не будет отгоняться никакой воды (примерно 6 ч). Неочищенный продукт перегоняют при 170оC и давлении 0,02 мбара благодаря тонкопленочному испарителю и затем перекристаллизовывают. Получают 169,8 г 4-(транс-4-пентилциклогексил)-бензонитрила, К 31, Н 55, И. П р и м е р 2. 192,1 г (2) с 1,0 г (0,01 моль) оксида цинка превращают и обрабатывают как описано в примере 1. Выход спустя 4 ч времени реакции составляет 175,4 г 4-(транс-4-фенилциклогексил)бензонитрила, К 31, Н 55, И. П р и м е р 3. 192,1 г (2) с 5,0 г оксида алюминия превращают и обрабатывают как описано в примере 1. Выход спустя 6 ч времени реакции составляет 169,3 г 4-(транс-4-пентилциклогексил)бензонитрила, К 31, Н 55, И. П р и м е р 4. 192,1 г (2) в 3,8 г фосфата бора превращают и обрабатывают как описано в примере 1. Выход после 6 ч времени реакции составляет 153,9 г 4-(транс-4-пентилциклогексил)бензонитрила. К 31, Н 55, И. П р и м е р 5. 192,1 г (2) с дигидрофосфатом аммония в количестве 2,0 г превращают и обрабатывают как описано в примере 1. Получают 174,9 г 4-(транс-4-пентилциклогексил)бензонитрила, К 31, H 55, И. П р и м е р 6. 229,5 г 4"-Додецилокси-4-бифенилкарбоновой кислоты с 2,3 г оксида цинка превращают как описано в примере 1. После дистилляции в тонкопленочном вы- парном аппарате при 250oC (0,1 мбар) и перекристаллизации получают 209,2 г 4-циано-4"-додецилоксибифенила, К 70 Н 90, И. П р и м е р 7. 194,7 г 4"-нонил-4-бифенилкарбоновой кислоты превращают и обрабатывают как описано в примере 5. Получают 176,2 г 4-циано-4"-нонилбифенила, К 42, С 49, Н 50, И. П р и м е р 8. 138,7 г Бифенил-2-карбоновой кислоты с 5,0 г оксида цинка превращают как описано в примере 1. Неочищенный продукт перегоняют при 140oC и давлении 0,3 мбара на тонкослойном выпарном аппарате. После перекристаллизации получают 119,6 г 2-цианобифенила, К 34-35, И. П р и м е р 9. 49,9 г S-4"-(2-метилбутил)бифенил-4-карбоновой кислоты с 0,5 г оксида цинка превращают как описано в примере 1. После перегонки в трубке с шаровым расширением при 170оС и давлении 0,1 мбар получают 45,1 г S-4-циано-4"-(2-метилбутил)бифенила. П р и м е р 10. 66,8 г 2"-фтор-4"-(транс-4-пропилциклогексил) -бифенил-4-карбоновой кислоты с 0,5 г дигидрофосфата аммония превращают как описано в примере 1. После фильтрации и перекристаллизации получают 59,7 г 4-циано-2"-фтор-4"-(транс-4- пропилциклогексил)бифенила, К 69, Н 191, И. П р и м е р 11. 51,3 г 4-(5-Бутилпиримидин-2-ил)фенил -1-карбоновой кислоты превращают и обрабатывают как описано в примере 10. Получают 44,7 г 4-(5-бутилпиримидин-2-ил)бензонитрила, К 63, Н 40, И. П р и м е р 12. 34,4 г


Класс C07C253/22 реакцией аммиака с карбоновыми кислотами с замещением карбоксильных групп на цианогруппы
Класс C07C255/50 неконденсированных шестичленных ароматических колец