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EP1863752A1 - Verfahren zur herstellung von 5-halo-2,4,6-trifluorisophthalsäure - Google Patents

Verfahren zur herstellung von 5-halo-2,4,6-trifluorisophthalsäure

Info

Publication number
EP1863752A1
EP1863752A1 EP06725104A EP06725104A EP1863752A1 EP 1863752 A1 EP1863752 A1 EP 1863752A1 EP 06725104 A EP06725104 A EP 06725104A EP 06725104 A EP06725104 A EP 06725104A EP 1863752 A1 EP1863752 A1 EP 1863752A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reaction
halo
isophthalonitrile
isophthalic acid
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06725104A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Rack
Sebastian Peer Smidt
Manuel Budich
Volker Maywald
Michael Keil
Bernd Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP1863752A1 publication Critical patent/EP1863752A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C25/00—Compounds containing at least one halogen atom bound to a six-membered aromatic ring
    • C07C25/02—Monocyclic aromatic halogenated hydrocarbons
    • C07C25/13—Monocyclic aromatic halogenated hydrocarbons containing fluorine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00—Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/23—Preparation of halogenated hydrocarbons by dehalogenation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00—Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/361—Preparation of halogenated hydrocarbons by reactions involving a decrease in the number of carbon atoms
    • C07C17/363—Preparation of halogenated hydrocarbons by reactions involving a decrease in the number of carbon atoms by elimination of carboxyl groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/08—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides from nitriles

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of 5-halo-2,4,6-trifluoroisophthalic acid of the formula I 1
  • 5-halo-2,4,6-trifluoroisophthalic acid (I) is an intermediate in the synthesis of trifluorobenzene, an important building block for the production of drugs in the pharmaceutical and plant protection area.
  • US 4,647,411 discloses a method in which Tetrafluorisophthalodinitril in 70 wt% sulfuric acid at 157 to 162 ° C in 15 h with a yield of 95% to Tetrafluoroisophthalic acid is hydrolyzed.
  • 5-Chloro-2,4,6-trifluoroisophthalodinitrile according to Kogyo Kagaku Zasshi (1979), 73 (2), 447-8, reacts with 60% sulfuric acid under reflux within 5 hours to 78% in 5-chloro-2 , 4,6-trifluoroisophthalic acid.
  • EP-A 1 256 564 teaches that 5-chloro-2,4,6-trifluoroisophthalic acid is hydrolysed by 10 times the amount of reflux-heated, 62% sulfuric acid from 5-chloro-2 within 3 hours, 4,6-trifluoroisophthalonitrile is obtained in 95.4% yield.
  • the harsh reaction conditions of the disclosures US 4,647,411, Kogyo Kagaku Zasshi (1979), 73 (2), 447-8 and EP 1 256 564 are disadvantageous for industrial applications. At reaction temperatures of T> 150 0 C, as they are present at heated to reflux 62 wt .-% sulfuric acid, all common reactor materials are unstable.
  • the object of the present invention was to provide an economical and industrially applicable process for the preparation of 5-halo-2,4,6-trifluoroisophthalic acid.
  • the object of the present invention was in particular to provide a method for
  • X is halogen, ie fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • the process according to the invention is preferably used for the preparation of compounds in which X is chlorine or bromine; most preferably X is chlorine.
  • isophthalonitrile (II) or a solution thereof is added in a first step with concentrated sulfuric acid.
  • the isophthalonitrile (II) can be added to the concentrated sulfuric acid in solid form, for example, powdered or flaked. It is possible to bring the isophthalonitrile (II) dissolved or water-moist in the reaction.
  • isophthalonitrile (II) is used moist with water. Under moist water are residual water contents of preferably up to 40% by weight based on isophthalonitrile (II) to understand. More preferably, the compound of formula II is introduced with a water content of 30 to 35 wt .-% in the reaction.
  • a suspension is preferably prepared. Suspending means the most uniform distribution of the solid isophthalonitrile (II) in the concentrated sulfuric acid, e.g. by stirring.
  • the isophthalonitrile (II) can also be dissolved in a solvent, for example as a desired product from a preceding process step, introduced into the reaction.
  • solvents for example, aromatic solvents such as substituted or preferably unsubstituted alkylbenzenes, such as methylbenzene, dimethylbenzenes or
  • Trimethylbenzenes their mixtures of isomers or chlorobenzenes used. Particularly preferred is toluene.
  • concentrated sulfuric acid is used, generally using a concentration of at least 70% by weight.
  • Preferred is a
  • the amount of sulfuric acid in relation to the isophthalonitrile (II) is kept as low as possible and is generally less than 20 molar equivalents, for example from 3 to 20 molar equivalents, preferably from 4 to 10 molar equivalents, more preferably from 5 to 7 molar equivalents.
  • isophthalonitrile (II) or its solution are mixed at room temperature with the concentrated sulfuric acid.
  • the temperatures are above freezing, preferably at 10 ° C. or above.
  • the temperature range is particularly preferably 20 to 30 0 C.
  • both the isophthalonitrile (II) in solid (for example water-wet) or dissolved form and also the sulfuric acid can be initially charged.
  • the process according to the invention can be carried out under reduced pressure.
  • the pressure is generally chosen so that the solvent used can be easily removed, for example by distillation.
  • the reaction is preferably conducted so as to substantially avoid the sublimation of isophthalonitrile (II) in the reaction system, that is, in general, less than 0.5% by weight of the compound of formula II sublimate.
  • the sulfuric acid / isophthalonitrile (II) suspension or mixture is heated after complete addition of the isophthalonitrile (II).
  • the temperatures are preferably 110 ° C. or below.
  • a temperature range of 90 to 110 0 C has generally proved to be advantageous.
  • Particularly preferred is a temperature range of 90 to 100 0 C, particularly preferably of 95 to 100 0 C.
  • Isophthalodiamid (III) is formed as an intermediate.
  • the isophthalo-diamide (III) is partially formed. Reaction conditions in which the isophthalo-diamide (III) is formed almost quantitatively from the compound of the formula II are particularly preferred.
  • water is preferably added in such a way that the reaction mixture is not significantly heated by the exothermic reaction above the temperatures indicated below.
  • the temperatures are in the range of 90 to 140 0 C.
  • the reaction is particularly preferably carried out at temperatures of 115 to 125 ° C.
  • Water may be added to the reaction by, for example, pouring, dripping or spraying.
  • the temperature of the added water is not essential to the reaction; Both cold and hot water can be added to the reaction.
  • the hydrolysis to isophthalic acid (I) is usually carried out with 3 or more molar equivalents of water. In general, 25 molar equivalents of water are sufficient. Preference is given to 15 to 25 molar equivalents, more preferably 15 to 22 molar equivalents.
  • the reaction mixture is allowed to afterreact; It is stirred for example for a further 2 to 12 h at temperatures of 90 to 140 0 C.
  • a reaction temperature of generally 110 to 130 0 C is preferred. Particularly preferred are reaction temperatures from 115 to 125 0 C.
  • the reaction is continued until the reactant is substantially preferable have completely reacted, for example at least 95% of theoretical. This can for example already be reached after 6 hours.
  • the reaction also proceeds at higher temperatures, whereby experience has shown that the wear of the reactor material increases without any improvement in product quality being achieved.
  • reaction steps of the process according to the invention can be spatially separated or carried out in a reactor. They are preferably carried out in a reactor in the so-called one-pot process.
  • the process according to the invention can be carried out in such a way that isophthalamide (III) can be isolated.
  • Methods for isolating isophthalodiamide (III) are known per se to the person skilled in the art, or the isolation can also be carried out by methods known to the person skilled in the art.
  • the process according to the invention is preferably carried out in a one-pot process without isolation of the compound of the formula III up to the end product of the general formula I, 5-halo-2,4,6-trifluoroisophthalic acid.
  • the isophthalo-diamide (III) can also be used directly and hydrolyzed in dilute mineral acid to 5-halo-2,4,6-trifluoroisophthalic acid.
  • Sulfuric acid is preferably used in a concentration range of 30 to 80 wt .-%, particularly preferably 40 to 70 wt .-% sulfuric acid.
  • Isophthalodiamide (III) is usually hydrolyzed with 3 to 18 molar equivalents of sulfuric acid. Preferably 4 to 8 molar equivalents, more preferably 4 to 5 molar equivalents are used. Further preferred is a reaction temperature in the range of 110 to 130 0 C. More preferably, the reaction is carried out at temperatures of 115 to 125 0 C.
  • reaction mixture is stirred for 2 to 8 hours at temperatures of 115 to 125 ° C.
  • the reaction is continued until the reactants in the have preferably substantially fully implemented, for example, at least 95%. This can for example already be reached after 6 hours.
  • the compound of the formula I can be used as an intermediate starting from the compound of the formula II in a decarboxylation reaction for the preparation of 2-halo-1,3,5-trifluorobenzene of the formula IV, for example in EP-B 1 460 639 (Example 1 , Page 5, lines 32-47).
  • the decarboxylation is preferably carried out by heating the compound of general formula I in a polar solvent with or without the addition of catalysts at temperatures between 110 and 250 ° C.
  • the compound of the general formula IV can be used as an intermediate starting from the compound of the formula II in a dehalogenation reaction for the preparation of 1,3,5-trifluorobenzene of the formula V, for example in EP-B1 460 639 (Example 2, page 5 and example 3 , Page 6).
  • the dehalogenation is carried out by heating the compound of general formula IV in the presence of a metal and water under pressure at temperatures between 100 to 200 0 C.
  • the present process is characterized not only by the fact that it allows the gentle large-scale production of isophthalic acid (I), but also by the fact that the volume of required sulfuric acid is low. This is particularly advantageous with regard to the isolation of the desired product from the reaction mixture and the disposal of the residues. As a procedurally advantageous method of the invention may prove by the possibility of being able to bring the compound of formula II dissolved in a solvent in the reaction.
  • Example 1 197 g (0.88 mol) of 5-chloro-2,4,6-trifluoroisophthalodinitrile were suspended at room temperature in 624.5 g (6.37 mol) of 96% strength by weight H2SO4 in a glass round-bottomed flask and then taken up Heated to 100 ° C. There were added dropwise 327.6 g (18.18 mol) of water so that the reaction mixture warmed to 12O 0 C and then stirred for a further 8h at 120 0 C After cooling, the reaction mixture was stirred into 2000 ml of cold water, twice with 500 Methyl tert-butyl ether (MTBE) was extracted, and the combined organic phases dried and concentrated in vacuo. 228.1 g of 5-chloro-2,4,6-trifluoroisophthalic acid were obtained as a beige solid. Purity by 1 F NMR: 94% (96.2% of theory).
  • Example 2 197 g (0.88 mol) of 5-chloro-2,4,
  • Example 3 185,7g (1, 62 mol) of sulfuric acid (85 wt%) were charged and heated to 30 0 C. Then added dropwise under reduced pressure at 30-35 ° C, a solution of 50 g (0.46 mol) of 1-chloro-2,4,6-trifluoroisophthalonitrile in 100 ml of toluene. It continuously distilled off toluene. The reaction mixture was subsequently heated to 100 ° C. 61. 1 g (3.39 mol, 7.4 equivalents) of water were added. It was then heated to 130 ° C and stirred for 2h. After cooling to 60 ° C., first 150 ml of water were added. The fine suspension was extracted twice with 100 ml MTBE each time. The organic phases were combined, stirred with activated charcoal and sodium sulfate and filtered. The slightly yellowish organic phases were concentrated. 59 g of beige diacid (I) were obtained.

Landscapes

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalsäure der Formel (I) wobei X für F, Cl, Br, oder I steht, durch Hydrolyse von 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalodinitril der Formel (II), dadurch gekennzeichnet, dass man in einem ersten Schritt unter Bildung von 5-HaIo-2,4,6-Trifluorisophthalodiamid der allgemeinen Formel (III) Isophthalodinitril (II) oder eine Isophthalodinitril (II) enthaltende Lösung mit konzentrierter Schwefelsäure bei Raumtemperatur versetzt und anschließend erhitzt und in einem zweiten Schritt unter weiterem Erhitzen und Zugeben von Wasser Isophthalsäure (I) herstellt.

Description

Verfahren zur Herstellung von 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalsäure
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 5-Halo-2,4,6- Trifluorisophthalsäure der Formel I1
wobei X für F1 Cl, Br, oder I steht,
durch Hydrolyse von 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalodinitril der Formel
5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalsäure (I) ist ein Zwischenprodukt bei der Synthese von Trifluorbenzol, einem wichtigen Baustein zur Herstellung von Wirkstoffen im Arzneimittel- und Pflanzenschutzbereich.
Aus der Literatur war bekannt (JP 62, 111 ,942), dass sich tetrafluorierte ortho-
Dicyanobenzole durch Reaktion in konzentrierter Schwefelsäure und anschließender Hydrolyse des entstandenen Zwischenproduktes in verdünnter Schwefelsäure mit hoher Ausbeute zur korrespondierenden Phthalsäure umsetzen lassen.
Weiterhin war aus der Literatur bekannt, dass sich halogenierte meta-Dicyanobenzole sowohl in alkalischem Medium als auch mit starken Mineralsäuren zu den entsprechenden Isophthalsäuren hydrolysieren lassen. Bei alkalischen pH-Werten werden Austauschreaktionen von Halogen- mit Hydroxyionen beobachtet. Die Hydrolyse im sauren Reaktionsmedium erfordert aufgrund der besonderen Substitution am Phenylring drastische Bedingungen.
So offenbart US 4,647,411 ein Verfahren, in dem Tetrafluorisophthalodinitril in 70 gew.- %iger Schwefelsäure bei 157 bis 162°C in 15 h mit einer Ausbeute von 95 % zu Tetrafluorisophthalsäure hydrolysiert wird. 5-Chlor-2,4,6-Trifluorisophthalodinitril wird laut Kogyo Kagaku Zasshi (1979), 73(2), 447-8 bei Reaktion mit 60 %iger Schwefelsäure unter Rückfluss innerhalb von fünf Stunden zu 78 % in 5-Chlor-2,4,6-Trifluor- isophthalsäure überführt. EP-A 1 256 564 lehrt, dass 5-Chlor-2,4,6-Trifluorisophthal- säure innerhalb von 3 h durch Hydrolyse in der 10-fachen Menge, zum Rückfluss erhitzter, 62 %iger Schwefelsäure aus 5-Chlor-2,4,6-Trifluorisophthalodinitril mit 95,4 %iger Ausbeute erhalten wird. Die harschen Reaktionsbedingungen der Offenbarungen US 4,647,411, Kogyo Kagaku Zasshi (1979), 73(2), 447-8 und EP 1 256 564 sind für großtechnische Anwendungen nachteilig. Bei Reaktionstemperaturen von T > 150 0C, wie sie bei zum Rückfluss erhitzter 62 gew.-%iger Schwefelsäure vorliegen, sind alle gängigen Reaktormaterialien unbeständig.
Daraus leitet sich unmittelbar ab, dass der Stand der Technik keine großtechnisch anwendbare Verfahrensweise offenbart.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches und großtechnisch anwendbares Verfahren zur Herstellung von 5-Halo-2,4,6-Trifluoriso- phthalsäure bereit zu stellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es insbesondere, ein Verfahren zur
Herstellung von 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalsäure bereit zu stellen, das sich durch schonende Reaktionsbedingungen auszeichnet und eine gute Raum-Zeit-Ausbeute ermöglicht.
Dem gemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthal- säure der allgemeinen Formel I durch Hydrolyse von 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalo- dinitril der allgemeinen Formel Il gefunden, bei dem man in einem ersten Schritt unter Bildung von 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalodiamid der Formel Hl
Isophthalodinitril (II) oder eine Isophthalodinitril (II) enthaltende Lösung mit konzentrierter Schwefelsäure bei Raumtemperatur versetzt und anschließend erhitzt und in einem zweiten Schritt unter weiterem Erhitzen und Zugeben von Wasser Isophthalsäure (I) herstellt.
Definition der Variable :
X bedeutet Halogen, d.h. Fluor, Chlor, Brom oder lod. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren angewendet zur Herstellung von Verbindungen, in denen X Chlor oder Brom bedeutet; besonders bevorzugt bedeutet X Chlor.
Erfindungsgemäß versetzt man Isophthalodinitril (II) oder eine Lösung davon in einem ersten Schritt mit konzentrierter Schwefelsäure. Das Isophthalodinitril (II) kann dabei der konzentrierten Schwefelsäure in fester Form zugesetzt werden, beispielsweise pulver- oder flockenförmig. Es ist möglich, das Isophthalodinitril (II) gelöst oder wasserfeucht in die Reaktion einzubringen.
Nach einer der bevorzugten Ausführungsformen wird Isophthalodinitril (II) wasserfeucht verwendet. Unter wasserfeucht sind Restwassergehalte von bevorzugt bis zu 40 Gew.- % bezogen auf Isophthalodinitril (II) zu verstehen. Besonders bevorzugt wird die Verbindung der Formel Il mit einem Wassergehalt von 30 bis 35 Gew.-% in die Reaktion eingebracht.
Bei Einsatz von Isophthalodinitril (II) in fester Form wird bevorzugt eine Suspension hergestellt. Suspendieren bedeutet die möglichst gleichmäßige Verteilung des Feststoffs Isophthalodinitril (II) in der konzentrierten Schwefelsäure, z.B. durch Rühren. Erfindungsgemäß kann das Isophthalodinitril (II) auch in einem Lösemittel gelöst, beispielsweise als Wertprodukt aus einem vorangegangenen Verfahrensschritt, in die Reaktion eingebracht werden.
Als Lösemittel werden beispielsweise aromatische Lösemittel wie substituierte oder bevorzugt unsubstituierte Alkylbenzole, wie Methylbenzol, Dimethylbenzole oder
Trimethylbenzole, deren Isomerengemische oder Chlorbenzole verwendet. Besonders bevorzugt ist Toluol.
Erfindungsgemäß wird konzentrierte Schwefelsäure verwendet, wobei im allgemeinen eine Konzentration von mindestens 70 Gew.-% verwendet wird. Bevorzugt wird eine
Schwefelsäurekonzentration von mindestens 80 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 90 Gew.-%. Bei der Verwendung von gelöstem Isophthalodinitril (II) wird bevorzugt eine Schwefelsäurekonzentration von maximal 85 Gew.-% eingesetzt.
Die Menge an Schwefelsäure im Verhältnis zum Isophthalodinitril (II) wird möglichst gering gehalten und beträgt im allgemeinen weniger als 20 Moläquivalente, beispielsweise von 3 bis 20 Moläquivalenten, bevorzugt von 4 bis 10 Moläquivalenten, besonders bevorzugt von 5 bis 7 Moläquivalenten.
Erfindungsgemäß werden Isophthalodinitril (II) oder dessen Lösung bei Raum- temperatur mit der konzentrierten Schwefelsäure versetzt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sollen unter Raumtemperatur Temperaturen von unter 50°C, insbesondere unter 400C verstanden werden. Im allgemeinen liegen die Temperaturen über dem Gefrierpunkt, bevorzugt bei 100C oder darüber. Bevorzugt ist der Temperaturbereich von 20 bis 300C. Besonders bevorzugt wird ein Temperaturbereich von 25 bis 30°C.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann sowohl das Isophthalodinitril (II) in fester (z.B. wasserfeucht) oder gelöster Form als auch die Schwefelsäure vorgelegt werden.
In einer Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren unter reduziertem Druck durchgeführt werden. Dabei wird im allgemeinen der Druck so gewählt, dass das verwendete Lösemittel leicht entfernt werden kann, beispielsweise durch Destillation.
Die Reaktion wird bevorzugt so geführt, dass die Sublimation von Isophthalodinitril (II) im Reaktionssystem im wesentlichen vermieden wird, d.h., dass im allgemeinen weniger als 0,5 Gew.-% der Verbindung der Formel Il sublimieren.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schwefelsäure/Isophthalodinitril (II) Suspension oder Mischung nach vollständiger Zugabe des Isophthalodinitrils (II) erhitzt. Bevorzugt liegen dabei die Temperaturen bei 1100C oder darunter. Dabei hat sich ein Temperaturbereich von 90 bis 1100C im allgemeinen als vorteilhaft erwiesen. Beson- ders bevorzugt wird ein Temperaturbereich von 90 bis 1000C, insbesondere bevorzugt von 95 bis 1000C. Bei diesem Verfahrensschritt wird Isophthalodiamid (III) als Zwischenprodukt gebildet. Nach einer Ausführungsform wird das Isophthalodiamid (III) teilweise gebildet. Besonders bevorzugt sind Reaktionsbedingungen bei denen das Isophthalodiamid (III) nahezu quantitativ aus der Verbindung der Formel Il entsteht.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem folgenden Schritt Wasser bevorzugt so zugegeben, dass sich durch die exotherme Reaktion das Reaktionsgemisch nicht wesentlich über die im folgenden angegebenen Temperaturen erhitzt.
In der Regel liegen die Temperaturen im Bereich von 90 bis 1400C. Bevorzugt wird ein Temperaturbereich von 110° bis 1300C. Besonders bevorzugt wird die Reaktion bei Temperaturen von 115 bis 125°C durchgeführt.
Wasser kann der Reaktion beispielsweise durch Gießen, Tropfen oder Sprayen zugeführt werden. Die Temperatur des zugegebenen Wassers ist für die Reaktion nicht wesentlich; es kann sowohl kaltes als auch warmes Wasser der Reaktion zugeführt werden.
Die Hydrolyse zur Isophthalsäure (I) wird in der Regel mit 3 oder mehr Moläquivalenten Wasser durchgeführt. Im allgemeinen sind 25 Moläquivalente Wasser ausreichend. Bevorzugt werden 15 bis 25 Moläquivalente, besonders bevorzugt 15 bis 22 Moläquivalente. Üblicherweise lässt man das Reaktionsgemisch nachreagieren; es wird z.B. für weitere 2 bis 12 h bei Temperaturen von 90 bis 1400C gerührt. Weiterhin wird dabei eine Reaktionstemperatur von in der Regel 110 bis 1300C bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Reaktionstemperaturen von 115 bis 1250C. Die Reaktion wird so lange fortgeführt, bis sich die Reaktanden im wesentlichen, bevorzugt vollständig umgesetzt haben, z.B. mindestens zu 95 % der Theorie. Das kann beispielsweise bereits nach 6 h erreicht sein.
Bei diesen relativ niedrigen Temperaturen wird das Reaktormaterial geschont, das heißt, mit Fluorpolymer ausgekleidete Reaktoren halten diesen Reaktionsbedingungen stand.
Die Reaktion läuft auch bei höheren Temperaturen ab, wobei sich erfahrungsgemäß der Verschleiß des Reaktormaterials erhöht, ohne dass eine Verbesserung der Produktqualität erreicht wird.
Die Reaktionsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können räumlich getrennt oder in einem Reaktor durchgeführt werden. Bevorzugt werden sie in einem Reaktor im sogenannten Eintopfverfahren durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so durchgeführt werden, dass Isophthalo- diamid (III) isoliert werden kann. Methoden zur Isolierung von Isophthalodiamid (III) sind dem Fachmann an sich bekannt, bzw. die Isolierung kann auch mittels dem Fachmann bekannten Methoden vorgenommen werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren jedoch bis zum Endprodukt der allgemeinen Formel I, 5-HaIo- 2,4,6-Trifluorisophthalsäure, im Eintopfverfahren ohne Isolierung der Verbindung der Formel III durchgeführt.
Das Isophthalodiamid (III) kann auch direkt eingesetzt werden und in verdünnter Mineralsäure zur 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalsäure hydrolysiert werden. Bevorzugt wird dazu Schwefelsäure in einem Konzentrationsbereich von 30 bis 80 Gew.-% eingesetzt, besonders bevorzugt 40 bis 70 gew.-%ige Schwefelsäure.
Isophthalodiamid (III) wird in der Regel mit 3 bis 18 Moläquivalenten Schwefelsäure hydrolysiert. Bevorzugt werden 4 bis 8 Moläquivalente, besonders bevorzugt werden 4 bis 5 Moläquivalente eingesetzt. Weiterhin bevorzugt wird eine Reaktionstemperatur im Bereich von 110 bis 1300C. Besonders bevorzugt wird die Reaktion bei Temperaturen von 115 bis 1250C durchgeführt.
In der Regel wird das Reaktionsgemisch für 2 bis 8 h bei Temperaturen von 115 bis 125°C gerührt. Die Reaktion wird so lange fortgeführt, bis sich die Reaktanden im wesentlichen bevorzugt vollständig umgesetzt haben, z.B. mindestens zu 95 %. Das kann beispielsweise bereits nach 6 h erreicht sein.
Es ist möglich, zur Aufarbeitung das Reaktionsprodukt au der Reaktionslösung mit organischen Lösungsmitteln zu extrahieren, vorteilhaft eignen sich beispielsweise Methyl-tert-butylether, Ethyl-tert-butylether sowie Ethyl- oder Propylacetat.
Die Verbindung der Formel I kann als Zwischenprodukt ausgehend von der Verbindung der Formel Il in einer Decarboxylierungsreaktion zur Herstellung von 2-HaIo-1, 3, 5-Tri- fluorbenzol gemäß Formel IV, wie beispielsweise in EP-B 1 460 639 (Beispiel 1 , Seite 5, Zeilen 32 - 47) beschrieben, verwendet werden. Bevorzugt wird die Decarboxy- lierung duchgeführt, indem die Verbindung der allgemeinen Formel I in einem polaren Lösemittel mit oder ohne Zusatz von Katalysatoren bei Temperaturen zwischen 110 bis 2500C erhitzt wird.
Die Verbindung der allgemeinen Formel IV kann als Zwischenprodukt ausgehend von der Verbindung der Formel Il in einer Dehalogenierungsreaktion zur Herstellung von 1 ,3,5-Trifluorbenzol gemäß Formel V, wie beispielsweise in EP-B1 460 639 (Beispiel 2, Seite 5 und Beispiel 3, Seite 6) beschrieben, verwendet werden. Bevorzugt wird die Dehalogenierung durchgeführt, indem man die Verbindung der allgemeinen Formel IV in Gegenwart eines Metalls und Wasser unter Druck bei Temperaturen zwischen 100 bis 200 0C erhitzt.
Das vorliegende Verfahren zeichnet sich nicht nur dadurch aus, dass es die schonende großtechnische Herstellung von Isophthalsäure (I) ermöglicht, sondern auch dadurch, dass das Volumen an benötigter Schwefelsäure gering ist. Dies ist im Hinblick auf die Isolierung des Wertproduktes aus dem Reaktionsgemisch und die Entsorgung der Rückstände besonders vorteilhaft. Als verfahrenstechnisch vorteilhaft kann sich das erfindungsgemäße Verfahren durch die Möglichkeit erweisen, die Verbindung der Formel Il in einem Lösemittel gelöst in die Reaktion einbringen zu können.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Reaktionsführung sind die hohe Raum-Zeit- Ausbeute sowie ein geringes Nebenproduktspektrum.
Vergleichsbeispiele:
Vergleichsbeispiel 1 : nach Kogyo Kagaku Zasshi (1979), 73(2), 447-8:
2,0 g 5-Chlor-2,4,6-trifluorisophthalonitril und 10 ml 60 %ige Schwefelsäure werden über eine Dauer von 5 Stunden unter Rückfluss (ca. 1700C) erhitzt. Nach Abkühlung werden die ausgefallenen Kristalle abfiltriert, mit 18 %iger Salzsäure gewaschen und getrocknet; dabei werden 1 ,82 g Dicarbonsäure (Ausbeute = 78 % der Theorie, mp = 202 bis 2030C) gewonnen.
Vergleichsbeispiel 2: nach EP 1 256 564: 5-Chlor-2,4,6-Trifluorisophthalodinitril wurde in der 10-fachen Menge 62 %iger H2SO4 über 3 h bei 170°C (Rückfluss) zur 5-Chlor-2,4,6-Trifluorisophthalsäure hydrolysiert. Reinheit laut. 19F-NMR-Analyse : 90 %, Ausbeute 86 %. Die Reaktion wurde außerdem bei 150°C (72 % der Theorie) und bei 1300C (83 % der Theorie) durchgeführt. Das Nebenproduktspektrum war bei niedrigen Temperaturen größer als bei höheren Temperaturen.
Erfindungsgemäße Verfahrensbeispiele:
Beispiel 1: 197 g (0,88 mol) 5-Chlor-2,4,6-Trifluorisophthalodinitril wurden bei Raumtemperatur in 624,5 g (6,37 mol) 96 gew.-%iger H2SO4 in einem Glasrundkolben suspendiert und anschließend auf 100°C erhitzt. Es wurden 327,6 g (18,18 mol) Wasser so zugetropft, dass das Reaktionsgemisch sich auf 12O0C erwärmt und rührt dann weitere 8h bei 1200C. Nach Abkühlen wurde das Reaktionsgemisch in 2000 ml kaltes Wasser eingerührt, zweimal mit 500 ml Methyl-tertiär-butylether (MTBE) extrahiert, und die vereinigten organischen Phasen getrocknet und im Vakuum eingeengt. Man erhielt 228,1 g 5-Chlor-2,4,6-Trifluorisophthalsäure als beigefarbenen Feststoff. Reinheit laut 1^F-NMR : 94 % (96,2 % der Theorie). Beispiel 2:
Aus 72,3 g wasserfeuchtem 5-Chlor-2,4,6-Trifluorisophthalodinitril (ca. 0,23 mol; 30 Gew.-% Wasser) und 164 g (1 ,62 mol, 7 Äquivalente) konzentrierter Schwefelsäure (95-97 Gew.-%) wurde bei Raumtemperatur eine Suspension hergestellt. Die erhaltene Suspension wurde auf 100 0C erhitzt. Es wurden 61 ml (3,39 mol, 15 Äquivalente) Wasser so zugegeben, dass eine Temperatur von 122°C erreicht wurde. Anschließend wurde bei 120 0C für 8 Stunden gerührt. Nach dem Abkühlen gab man 300 g Wasser zu und hielt die Innentemperatur auf unter 45 °C. Es wurde zweimal mit je 85 g MTBE extrahiert. Die beiden organischen Phasen wurden vereinigt und einmal mit 50 ml Wasser gewaschen, mit Aktivkohle und Natriumsulfat gerührt und filtriert. Die leicht gelblichen organischen Phasen wurden eingeengt. Man erhielt 62,5 g beigefarbene Disäure (I).
Beispiel 3: 185,7g (1 ,62 mol) Schwefelsäure (85 Gew-%) wurden vorgelegt und auf 300C erhitzt. Anschließend tropfte man unter Vakuum bei 30-35°C eine Lösung von 50 g (0,46 mol) 1-Chlor-2,4,6-Trifluorisophthalodinitril in 100 ml Toluol zu. Es destillierte kontinuierlich Toluol ab. Anschließend erhitzte man das Reaktionsgemisch auf 1000C. Es wurden 61 ,1g (3,39 mol; 7,4 Äquivalente) Wasser zugegeben. Anschließend wurde auf 130°C erhitzt und für 2h gerührt. Nach dem Abkühlen auf 600C wurde zunächst 150 ml Wasser zugegeben. Die feine Suspension wurde zweimal mit je 100 ml MTBE extrahiert. Die organischen Phasen wurden vereinigt, mit Aktivkohle und Natriumsulfat ausgerührt und filtriert. Die leicht gelblichen organischen Phasen wurden eingeengt. Man erhielt 59 g beigefarbene Disäure (I).

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalsäure der Formel I,
wobei X für F, Cl1 Br, oder I steht,
durch Hydrolyse von 5-HaIo- 2,4,6-Trifluorisophthalodinitril der Formel Il
dadurch gekennzeichnet, dass man in einem ersten Schritt unter Bildung von 5-Halo-2,4,6-Trifluorisophthalodiamid der allgemeinen Formel III
Isophthalodinitril (II) oder eine Isophthalodinitril (II) enthaltende Lösung mit konzentrierter Schwefelsäure bei Raumtemperatur versetzt und anschließend erhitzt und in einem zweiten Schritt unter weiterem Erhitzen und Zugeben von Wasser Isophthalsäure (I) herstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man im ersten Schritt auf Temperaturen bis zu 1400C erhitzt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Isophthalodinitril (II) in der konzentrierten Schwefelsäure suspendiert.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das Isophthalodinitril (II) wasserfeucht einsetzt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Isophthalodinitril (II) in einem Lösemittel gelöst in die Reaktion einbringt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung zur Isophthalsäure (I) mit einer Menge von mindestens 3 Äquivalenten, bezogen auf Isophthalodinitril (II), Wasser durchführt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem zweiten Schritt die Umsetzung zur Isophthalsäure (I) bei einer Reaktionstemperatur von 90 bis 14O0C durchführt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man das Isophthalodiamid (III) isoliert.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung des Isophthalodinitrils (II) zur Isophthalsäure (I) im Eintopfverfahren durchführt.
10. Verwendung des Isophthalodiamids (III), erhalten nach dem Verfahren nach Anspruch 8, zur Herstellung der Isophthalsäure (I).
11. Verwendung von Isophthalsäure (I), erhalten nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, in einer Decarboxylierungsreaktion zur Herstellung von 2-HaIo-1 , 3,5-trifluorbenzol der Formel IV.
12. Verfahren zur Herstellung von 2-HaIo-1 ,3,5-trifluorbenzol (IV) durch Decarboxy- lierung von Isophthalsäure (I), dadurch gekennzeichnet dass man die Isophthalsäure (I) gemäß Ansprüche 1 bis 9 herstellt.
13. Verwendung von 2-HaIo-1 , 3, 5-trifluorbenzol (IV) erhalten nach dem Verfahren gemäß Anspruch 12 in einer Dehalogenierungsreaktion zur Herstellung von
1 ,3,5-Trifluorbenzol der Formel V.
14. Verfahren zur Herstellung von 1,3,5-Trifluorbenzol (V) durch Decarboxylierung von Isophthalsäure (I) und anschließender Dehalogenierung von 2-HaIo-1 ,3,5- trifluorbenzol (IV), dadurch gekennzeichnet, dass man die Isophthalsäure (I) gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 herstellt.
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