Способ получения 4-алкил-3-хлор-алкилсульфонилбензолов

 

Изобретение относится к способу получения 4-алкил-3-хлор-алкилсульфонилбензолов формулы (1), где R¹ и R² - одиноковые или разные и обозначают (C₁-C₄)-алкил. Способ включает хлорирование хлорангидрида п-алкилбензолсульфокислоты формулы (2), где R¹ имеет вышеуказанное значение, по меньшей мере 1 молем хлора в присутствии переносчика хлора при примерно 50-100^oC с получением соединения формулы (3), где R¹ имеет вышеуказанное значение, которое затем восстанавливают при примерно 40-90^oC гидросульфитом или сульфитом натрия с получением соединения формулы (4, где) R¹ имеет вышеуказанное значение. Соединение (4) конденсируют α-галогенкарбоновой кислотой формулы (5), где R обозначает водород или (C₁-C₃)-алкил и X обозначает бром или хлор, или с одной из ее солей, с получением 4-алкил-3-хлор-бензолсульфонилкарбоновой кислоты общей формулы (6), где R¹ и R имеют вышеуказанные значения, или одной из ее солей. Соединение (6) затем декарбоксилируют путем нагревания. Предлагаемый способ позволяет упростить технологию получения целевыхсоединений. 8 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу получения 4-алкил-3-хлор-алкилсульфонилбензолов, самим 4-алкил-3-хлор-алкилсульфонилбензолам, а также к 4-алкил-3-хлор-бензолсульфиновым кислотам, 4-алкил-3-хлор-бензолсульфонилкарбоновым кислотам, которые являются промежуточными для получения 4-алкил-3-хлор-алкилсульфонилбензолов.

Согласно патенту США 4675447 взаимодействие 4-алкил-алкилсульфонилбензолов с сульфурилхлоридом в присутствии катализатора приводит к 4-алкил-3-хлор-алкилсульфонилбензолам. Исходя из 4-метил-метилоульфонилбензола, однако, подтверждено лишь получение 4-метил-3-хлор-метилсульфонилбензола и, таким образом, только существование этого соединения. В патенте США 4675447 нет никакого указания на необходимые для получения 4-алкил-З-хлор-алкилсульфонилбензолов 4-алкилалкилсульфонилбензолы - исходя из 4-метил-метилсульфонилбензола. Недостатком этого способа является использование дорогостоящего сульфурилхлорида, который неизбежно приводит к значительному образованию загрязняющего окружающую среду диоксида серы. К тому же для осуществления способа требуется получение по возможности сухого исходного материала.

Далее недостатком является то, что из патента США 4657447 неизвестно, как нужно получать используемые в качестве исходного материала 4-алкил-алкилсульфонилбензолы.

Существует необходимость в разработке способа, при котором избегают вышеуказанных недостатков и, во-первых, исходят из легко доступных исходных материалов и, во-вторых, возможно получение при незначительном загрязнении окружающей среды, при этом открывается возможность вводить в продукт по желанию алкильные группы.

Эта задача решается по изобретению благодаря способу получения 4-алкил-3-хлор-алкилсульфонилбензолов формулы (1): в которой R¹, R², являются одинаковыми или разными и обозначают (C₁-C₄)-алкил.

Способ отличается тем, что хлоран гидрид п-алкилбензолсульфокислоты формулы (2): в которой R¹ имеет вышеуказанное значение, хлорируют по меньшей мере одним молем хлора, в присутствии катализатора при температурах примерно 50-100^oC, с получением соединения общей формулы (3): в которой R¹ имеет вышеуказанное значение, затем полученное соединение восстанавливают в водной среде с помощью гидросульфита или сульфита натрия при температурах примерно 40-90^oC с получением соединения общей формулы (4):
в которой R¹ имеет вышеуказанное значение,
затем это соединение конденсируют с α- галогенкарбоновой кислотой общей формулы (5):

где R обозначает водород или (C₁-C₃)-алкил и X обозначает бром или хлор,
или с одной из ее солей, с получением 4-алкил-3-хлор-4-бензолсульфонилкарбоновых кислот общей формулы (6), в которой R¹ и R имеют вышеуказанное значение, или одной из их солей:

и после этого эти соединения декарбоксилируют при нагревании.

Благодаря предлагаемому в изобретении способу в качестве соединений согласно изобретению могут получаться соединения формулы (1), в которой R¹ обозначает (C₁-C₄)-алкил и R² обозначает (C₂-C₄)-алкил или R¹ обозначает (C₂-C₄)- алкил и R² обозначает (C₁-C₄)-алкил, а также соединения формулы (4), в которой R¹ обозначает (C₁-C₄)-алкил, и соединения формулы (6), в которой R обозначает водород или (C₁-C₃)-алкил и R¹ обозначает (C₁-C₄)-алкил, и их соли щелочных металлов.

При этом предпочтительны соединения формулы (1), в которой R¹ обозначает метил или этил и R² обозначает этил, пропил или бутил, в особенности этил. Эти соединения являются ценными исходными веществами для получения гербицидов, инсектицидов и фармацевтических препаратов.

В способе исходят из хлорангидридов 4-алкил-бензолсульфокислот, которые можно получать известными способами (UIImanns EncycIopaolie der technischen Chemie, т. 8, 4-е изд., с. 422) из (C₁-C₄)-алкилбензолов и серной кислоты с последующим хлорированием. Хлорирование хлорангидридов 4-алкил-бензолсульфокислот осуществляют предпочтительно без растворителей путем пропускания хлора через вещество при температурах примерно 50-100^oC в присутствии переносчика хлора в качестве катализатора.

Во многих случаях хлорирование можно проводить при температурах 60-90^oC, предпочтительно при 70-80^oC. В качестве катализатора (переносчик хлора) оказывается пригодным предпочтительно хлорид железа-(III) или хлорид железа-(III) с йодом. Однако в качестве катализатора также можно применять, например, SbCl₃ или SbCl₅. Хлорирование прекращают при степени хлорирования примерно 100% (определение конечной точки путем газовой хроматографии). Продукт содержит, наряду со следами исходного соединения, только очень незначительные количества дихлорированного соединения. Его можно использовать без очистки для дальнейшей переработки, однако, также промывать, а также перегонять и фракционировать. Выход хлорангидридов 4-(C₁-C₄)-алкил-3-хлор-бензолсульфокислот почти количественный.

Восстановление хлорангидридов 4-(C₁-C₄)-алкил-3-хлорбензолсульфокислот до 4-(C₁-C₄)-алкил-з-хлорбензолсульфиновых кислот можно осуществлять с помощью гидросульфита или сульфита натрия (см. Губен-Вейл, т. 9, с. 305 - 311).

Восстановление предпочтительно проводят в водной среде, тем, что в реакционный сосуд помещают раствор гидросульфита или сульфита натрия и одновременно прикапывают хлорангидрид 4-алкил-3-хлор-бензолсульфокислоты и 35%-ный раствор гидроксида натрия при pH-контроле при поддерживании pH-значения 8-10.

Также можно хлорангидрид сульфокислоты вводить в раствор сульфита и добавлять раствор гидроксида натрия при поддерживании pH-значения примерно 8-10. Концентрация раствора сульфита может составлять примерно 10-30%, причем предпочтителен примерно 15%-ный раствор. Количество сульфита составляет 1-1,2 моль, в особенности 1,08 - 1,15 моль. Реакция протекает при температуре 40-90^oC, предпочтительно при 50-65^oC. Восстановление заканчивается, когда pH-значение остается постоянным при 8-10. Из раствора примерно при 45^oC выкристаллизовывается натриевая соль 4-(C₁-C₄)-алкил-3-хлор-бензолсульфиновой кислоты. Соединение можно перерабатывать далее без промежуточного выделения, в том же самом аппарате, т.е. путем одностадийного способа.

Для алкилирования полученных солей 4-алкил-3-хлор-бензолсульфиновых кислот до 4-алкил-3-хлор-бензолсульфонилкарбоновых кислот, к сульфиновым кислотам (натриевым солям) при 40-60^oC добавляют соответствующие 2-галогенкарбоновые кислоты общей формулы (5), соответственно, их соли (натрия, калия, аммония) в течение времени от 10 минут до 2-х часов, предпочтительно в течение 0,5 часа, в количестве 1-1,5 моль, предпочтительно 1,1 - 1,3 моль. В случае добавки свободных карбоновых кислот последние путем "нейтрализации" с помощью соответствующих оснований (например, 35%-ного раствора гидроксида натрия) переводят в соли. Для полноты конденсации перемешивают дополнительно еще примерно 2-8 часа при 60^oC (при температуре выше 60^oC совершенно четко нужно ожидать потерь исходного вещества за счет усиленного гидролиза галогенкарбоновой кислоты). Образовавшееся при превращении производное арилсульфонилкарбоновой кислоты можно выделять, однако, также без выделения можно декарбоксилировать путем нагревания реакционного раствора предпочтительно при 90-110^oC (обратный холодильник), до тех пор, пока более не будет выделяться CO₂ необходимое время составляет 6-12 часов. Продукт можно получать путем кристаллизации и фильтрации, разделения жидкость/жидкость (температура выше температуры плавления) и экстракции (например, с помощью толуола, хлорбензола и т.д.).

Нижеследующие примеры служат для пояснения предлагаемого в изобретении способа, не ограничивая его объема.

Пример 1 (Хлорирование).

Получение хлорангидрида 3-хлор-4-метил-бензолсульфокислоты.

В аппарате для хлорирования расплавляют 576 г (3 моля) хлорангидрида 4-метилбензолсульфокислоты. После добавки 7 г хлорида железа-(III) и 2 г йода при 75-80^oC пропускают элементный хлор (5 л Cl₂ /час), до тех пор, пока не произойдет 100%-ное хлорирование (ГХ-анализ). Продукт после удаления остаточного хлора и HCl, можно использовать неочищенным; однако также можно его промывать и, если желательно, перегонять. Выход составляет примерно 100% от теории. Чистота ≥ 97% (наряду с небольшим количеством исходного соединения и дихлорированного соединения).

Пример 2.

Получение 3-хлор-4-метил-метилсульфонилбензола через натриевые соли 3-хлор-4-метил-бензолсульфиновой кислоты (а) и 3-хлор-4-метил-бензолсульфонилуксусной кислоты (б)
(а) Восстановление
В аппарат с перемешиванием, снабженный двумя капельными воронками и pH-электродом, помещают 1800 мл воды и 420 г (3,3 моль) сульфита натрия и нагревают при 50-55^oC. В течение примерно 2-х часов добавляют 677 г (3 моля) хлорангидрида 3-хлор-4-метил-бензолсульфокислоты и одновременно 690 г NaOH, в виде 35%-ного раствора, так, чтобы всегда поддерживалось pH = 8-10. Температура при этом может повышаться до 65^oC. Реакция заканчивается, когда pH-значение остается постоянным и равным 8-10. Образовавшаяся 3-хлор-4-метилбензолсульфиновая кислота (натриевая соль) при 65^oC находится в растворенном состоянии и выкристаллизовывается частично, начиная примерно с 55^oC.

(б) Алкилирование.

Превращение полученного на стадии (а) сульфината в метилсульфон осуществляют в той же самой аппаратуре. Для этого полученный на стадии (а) раствор, соответственно, суспензию, при 50-60^oC в течение примерно 30 минут смешивают с 331 г (3,5 моль) хлоруксусной кислоты. С помощью 377 г 35%-ного раствора гидроксида натрия (3,3 моль) устанавливают pH=9-10 (образование натриевой соли хлоруксусной кислоты), и для полноты протекания конденсация (образование натриевой соли 3-хлор-4-метил-бензолсульфонилуксусной кислоты) перемешивают 2-3 часа при 60^oC. Затем нагревают при 95-105^oC (с обратным холодильником). Декарбоксилирование постепенно протекает примерно при 90^oC и продолжается путем нагревания в течение 6-8 часов до прекращения выделения CO₂. Первоначально прозрачный раствор по мере образования сульфона переходит в эмульсию, из которой при охлаждении выделяется продукт (3-хлор-4-метил-метилсульфонилбензол) в виде кристаллов, который отфильтровывают. Выход составляет примерно 90%'.

Содержание: ≥97%; т. пл. 89-91^oC.

Пример 3
Получение 3-хлор-4-метил-этилсульфонилбензола через натриевую соль 3-хлор-4-метил-бензолсульфиновой кислоты (а) и 3-хлор-4-метил-бензолсульфонил-пропионовой кислоты (б)
К полученному согласно примеру 2 (а) раствору, соответственно, суспензии, 3-хлор-4-метилбензолсульфината, в той же самой аппаратуре, при 50-60^oC и в течение примерно 30 минут, добавляют 380 г (3,5 моль) 2-хлорпропионовой кислоты. С помощью 380 г 35%-ного раствора гидроксида натрия (3,3 моль) устанавливают pH= 9-10 (образование натриевой соли хлорпропионовой кислоты) и для полноты протекания конденсации (образование Na-соли 3-хлор-4-метил-бензолсульфонилпропионовой кислоты) перемешивают 2-3 часа при 60^oC. Затем кипятят с обратным холодильником при 95-105^oC. Примерно при 90^oC постепенно протекает декарбоксилирование и продолжается до прекращения выделения CO₂. Путем охлаждения выкристаллизовывается продукт, который отделяют путем фильтрации. Выход составляет примерно 90% от теории. Содержание: ≥97%; т. пл. = 50-52^oC.

C₉H₁₁ClO₂S:
Рассчитано,%: C 49,38; H 5,029; Cl 16,23
Найдено,%: C 49,19; H 5,014; Cl 16,37
Пример 4 (Хлорирование)
Получение хлорангидрида 3-хлор-4-этилбензолсульфокислоты
Поступают описаннымй в примере 1 способом, лишь с тем различием, что используют 615 г (3 моля) хлорангидрида 4-этилбензолсульфокислоты (получен путем, например, взаимодействия 4-этилбензолсульфокислоты с хлорсульфоновой кислотой). Выход составляет примерно 100% от теории. Чистота: ≥96% (наряду с небольшим количеством исходного соединения и дихлорированного соединения). Температура затвердевания: 21-22^oC. Температура кипения (2,5 - 3 мм рт. ст. ): 129-130^oC
C₈H₈Cl₂O₂S
Рассчитано,%; C 40,18; H 3,87; Cl 29,65
Найдено,%; C 40,02; H 2,39; Cl 29,73.

Пример 5.

Получение 3-хлор-4-этил-метилсульфонилбензола через натриевые соли 3-хлор-4-этилбензолсульфиновой кислоты (а) и 3-хлор-4-этил-бензолсульфонилуксусной кислоты (б).

(а) Восстановление.

Осуществление процесса согласно примеру 2 (а), лишь с тем исключением, что используют 718 г (3 моля) хлорангидрида 3-хлор-4-этил-бензолсульфокислоты. Натриевая соль 3-хлор-4-этил-бензолсульфиновой кислоты выкристаллизовывается при более низкой температуре.

(б) Алкилирование.

Превращение образовавшегося сульфината в метилсульфон осуществляют в той же самой аппаратуре согласно примеру 2(б) через натриевую соль 3-хлор-4-этилбензолсульфонилуксусной кислоты. Выход составляет примерно 88% от теории. Содержание: ≥96%. Т.пл. 58-56^ooC.

C₉H₁₁ClO₂S
Рссчитано,%: C 49,427; H 5,07; Cl 16,21
Найдено,%: C 49,29; H 5,03; Cl 16,32
Пример 6.

Получение 3-хлор-4-этил-этилсульфонилбензола через натриевую соль 3-хлор-4-этил-бензолсульфиновой кислоты (а) и 3-хлор-4-этил-бензолсульфонилпропионовой кислоты (б).

Взаимодействие полученного согласно примеру 5 (а) раствора, соответственно, суспензии, 3-хлор-4-этил-бензолсульфината (а) с 2-хлорпропионовой кислотой с получением натриевой соли З-хлор-4-этил-бензолсульфонилпропионовой кислоты (а) и декарбоксилирование осуществляют аналогично примеру 3. Все стадии осуществляют в одной и той же аппаратуре (одностадийный способ). Выход составляет примерно 80% от теории. Содержание:≥96%. Т.пл.: 36-37^oC.

C₁₀H₁₃ClO₂S
Рассчитано,%: C 51,609; H 5,633; Cl 15,283
Найдено,%: С 51,53; H 5,49; 15,37о

Формула изобретения

1. Способ получения 4-алкил-3-хлор-алкилсульфонилбензолов формулы (1)

в которой R¹, R² являются одинаковыми или разными и обозначают (C₁-C₄)-алкил,
в котором хлорангидрид п-алкилбензолсульфокислоты формулы (2)

в которой R¹ имеет вышеуказанное значение,
хлорируют с помощью по меньшей мере 1 моля хлора в присутствии переносчика хлора при температурах примерно от 50 до 100^oС с получением соединения общей формулы (3)

в которой R¹ имеет вышеуказанное значение,
затем полученное соединение в водной среде восстанавливают гидросульфитом или сульфитом натрия при температурах примерно от 40 до 90^oC с получением соединения общей формулы (4)

в которой R¹ имеет вышеуказанное значение,
отличающийся тем, что соединение формулы (4) конденсируют с α-галогенкарбоновой кислотой общей формулы (5)

где R обозначает водород или (C₁-C₃)-алкил;
X обозначает бром или хлор,
или с одной из ее солей с получением 4-алкил-3-хлор-бензолсульфонилкарбоновой кислоты общей формулы (6), в которой R¹ и R имеют вышеуказанное значение, или одной из ее солей

и затем это соединение декарбоксилируют путем нагревания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что хлорируют при 60 - 90^oC, предпочтительно 70 - 80^oC.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве переносчика хлора используют хлорид железа (III) или хлорид железа (III) с иодом.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что восстановление проводят при температуре 50 - 65^oC при значениях pH 8 - 10.

5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что используют 1 - 1,2 моля, предпочтительно 1,08 - 1,15 моля гидросульфита или сульфита натрия.

6. Способ по пп.1 - 5, отличающийся тем, что подвергают взаимодействию 1 - 1,5 моля, предпочтительно 1,1 - 1,3 моля α-галогенкарбоновой кислоты или одной из ее солей.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве α-галогенкарбоновой кислоты используют α-хлоркарбоновую кислоту.

8. Способ по пп.1 - 7, отличающийся тем, что взаимодействие с α-галогенкарбоновой кислотой проводят при 40 - 70^oC, предпочтительно 50 - 60^oC.

9. Способ по пп.1 - 8, отличающийся тем, что способ осуществляют с выделением или без выделения промежуточных соединений.