PROCESS FOR THE PREPARATION OF CARBOXYLIC ACID HALIDES

Abstract: 1. Process for the preparation of carboxylic acid halides by reacting a carboxylic acid of the formula R - COOH in which R represents aryl or R**1 R**2 R**3 C -, wherein R**1 , R**2 and R**3 independently of one another denote hydrogen, halogen, alkyl or alkenyl, and wherein, furthermore, two of the radicals R**1 to R**3 together can denote an alkylene group, or an alkylidene group which is bonded via a double bond, it being possible for the radicals containing carbon to be substituted by carboxyl, an ester group, the alcohol component of which contains 1 to 4 carbon atoms, C1 -C10 -alkoxy, aryloxy, aralkoxy, a C1 -C10 -thioether group, lower alkyl, cyano, nitro or halogen, with a thionyl halide of the formula SOX2 in which X represents chlorine or bromine, in the presence of additives, characterised in that 0.01 to 5 mol %, relative to the equivalents of the carboxylic acid employed, of an optionally substituted urea compound of the formula R**4 NH - CY - NR**5 R**6 in which Y denotes double-bonded oxygen, sulphur or optionally substituted nitrogen R**7 - N = and R**4 , R**5 , R**6 and R**7 independently of one another represent hydrogen, alkyl, aralkyl, aryl or acyl, wherein, furthermore, the two radicals R**4 and R**5 , R**5 and R**6 or R**5 and R**7 can form an alkylene group and wherein the radicals containing carbon can be substituted by the abovementioned substituents, in the free form or in the form of its salt, if appropriate in the presence of an inert solvent, are employed as the additive.

Description: Verfahren zur Herstellung von Carbonsäurehalogeniden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Carbonsäurehalogeniden aus den zugehörigen Carbonsäuren und Thionylhalogenid in Gegenwart einer gegebenenfalls substituierten Harnstoff-Verbindung. Es ist bekannt, dass organische Carbonsäuren mit Thionylchlorid unter Bildung von Carbonsäurechloriden reagieren (Organikum, 5. Auflage, Seite 408, VZB deutscher Verlag der Wissenschaften, 1965). Die Verwendung von Thionylchlorid ist hierbei gegenüber der Verwendung von Phosphorchloriden besonders günstig, da als Reaktionsprodukte des Thionylchlorids gasförmiges SO2 und HCl entstehen, die leicht vom Säurechlorid abgetrennt werden können. Im Vergleich zum grundsätzlich ebenfalls verwendbaren Phosgen ist Thionylchlorid erheblich weniger toxisch und kann daher ohne aufwenige Sicherheitsmassnahmen eingesetzt werden. Bei der Anwendung im industriellen Massstab ist es wünschenswert, diese Reaktion, die im allgemeinen auch ohne Zusätze abläuft, durch den Zusatz katalytisch wirksamer Substanzen zu beschleunigen. In manchen Fäl- len läuft die gesamte Reaktion sogar so langsam ab, dass eine Durchführung ohne beschleunigende Zusätze überhaupt nicht in Frage kommt. Dies ist beispielsweise bei der Umsetzung von Trichloressigsäure der Fall (J. Am. Chem. Soc. 50, 145 (1928)). Als reaktionsbeschleunigender Zusatz ist N,N'-Dimethylformamid empfohlen worden (Schweizer Patent 333 502; Helv. Chim. Acta 42, 1653 (1959)). Es ist jedoch inzwischen bekannt geworden, dass aus Dimethylformamid und Thionylchlorid N,N'-Dimethyl-carbamoylchlorid entsteht (C.A. 75, 48 340 m), das an Mäusen krebserregend wirkt (C.A. 77, 97 540 b). Die Verwendung von Dimethylformamid als Katalysator bei der Herstellung von Säurechloriden mit Hilfe von Thionylchlorid ist deshalb nur unter aufwendigen technischen Sicherheitsmassnahmen vertretbar. Als reaktionsbeschleunigender Zusatz wurde auch Pyridin empfohlen (J. Org. Chem. 6, 852 (1941)). Die Verwendung von Pyridin kann aber Nachteile mit sich bringen, da das aus Pyridin und Chlorwasserstoff enstehende Pyridin-hy- drochlorid bei erhöhter Temperatur sublimieren und damit zu Verstopfungen der Apparatur führen kann. Weiterhin ist die Verwendung von Tetramethylharnstoff als katalytisch wirkende Substanz bei der Herstellung von Carbonsäurechloriden bekannt (Russisches Patent 223 087; zitiert nach C. A. 70, 19 607 v (1969)). Der hohe Preis des Tetramethylharnstoffs steht jedoch seiner Verwendung im technischen Massstab entgegen. Weiterhin ist die Verwendung von Tetramethylharnstoff nicht unbedenklich, da er teratogene Wirkung zeigen kann, die beispielsweise N,N'-Dimethylharnstoff nicht zeigt (C.A. 78, 39 056 h; C.A. 71, 79 274 g). Darüber hinaus kann auch aus Tetramethylharnstoff und Thionylchlorid Dimethylcarbamoylchlorid entstehen, so dass gegen die Verwendung von Tetramethylharnstoff Bedenken bestehen. Andererseits ist jedoch zu erwarten, dass Harnstoff oder physiologisch unbedenkliche Harnstoff-Verbindungen, die an den Stickstoffatomen nicht oder nicht vollständig substituiert sind, mit Carbonsäurechloriden zu Ureiden reagieren (Beyer, Lehrbuch der organischen Chemie, 9. Auflage, 1962, Seite 266), wodurch einerseits die Ausbeute an Säurechlorid gesenkt und andererseits auch schon nach mässigem Umsatz der Katalysator verbraucht würde. So wird beispielsweise nach der US-Patentschrift 4 129 595 bei der Reaktion von Glykolsäure mit Thionylchlorid in Gegenwart von Tetramethylharnstoff eine Ausbeute von mehr als 95 % erreicht, während in Anwesenheit von nicht substituiertem Harnstoff die Ausbeute auf 8 % abfällt. Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Carbonsäurehalogeniden durch Umsetzung einer Carbonsäure der Formel R-COOH (I), in der R für Aryl oder R1R2R3C- steht, worin R1 R2 und R3 unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Alkyl oder Alkenyl bedeuten und worin weiterhin zwei der Reste R1 bis R3 gemeinsam eine Alkylen gruppe oder eine über eine Doppel bindung gebundene Alkylidengruppe bedeuten können, mit einem Thionylhalogenid der Formel SOX2 (11), in der X für Chlor oder Brom steht, in Gegenwart von Zusätzen gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man als Zusatz kleine Mengen einer gegebenenfalls substituierten Harnstoff-Verbindung der Formel R4NH-CY-NR5R6 (III), in der Y doppelt gebundenen Sauerstoff, Schwefel oder gege benenfalls substituierten Stickstoff, R7-N= bedeutet und 4 5 6 7 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Alkyl, Aralkyl, Aryl oder Acyl stehen, und wobei weiterhin die zwei Reste R4 und R5 R5 und R6 oder R5 und R7 eine Alky lengruppe bilden können, in freier Form oder in Form ihres Salzes, gegebenenfalls in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels, einsetzt. Als Alkyl seien beispielsweise geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen genannt, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, Hexyl, Decyl, Dodecyl, Stearyl oder Eikosyl. In ganz besonders bevorzugter Weise seien Methyl und Ethyl genannt. Als Alkyl seien weiterhin auch gesättigte carbocyclische oder bicyclische Reste genannt, wie Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Decahydronaphthyl. Als Alkenyl seien beispielsweise geradkettige oder verzweigte ungesättigte Reste mit 2 bis 20, bevorzugt 2 bis 10, besonders bevorzugt 2 bis 4 Kohlenstoffatomen genannt. wie Vinyl, 1-Propenyl, 2-Propenyl, 2-Butenyl, 2-Methyl-1 -propenyl, Hexenyl, Octenyl, Decenyl, Dodecenyl, Oleyl oder Eikosenyl. Als Aralkyl seien beispielsweise Kohlenwasserstoffreste mit bis zu 2 Kohlenstoffatomen im aliphatischen Teil und bis zu 14 Kohlenstoffatomen im aromatischen Teil genannt, wie Benzyl, Phenylethyl, Naphthylmethyl, Naphthylethyl, Anthrylmethyl oder Anthrylethyl. Bevorzugtes Aralkyl ist Benzyl. Als Aryl seien beispielsweise aromatische carbocyclische Reste mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen genannt, wie Phenyl, Biphenyl, Naphthyl oder Anthryl, bevorzugt Phenyl oder Naphthyl, besonders bevorzugt Phenyl. Für den Fall, dass zwei der Reste R1 bis R3 gemeinsam oder die zwei Reste R4 und R5, R5 und R6 oder R5 und R7 eine Alkylengruppe bilden können, sei eine solche von 2 bis 5 Kohlenstoffatomen genannt, wie Ethylen, Trimethylen, Tetramethylen oder Pentamethylen. Für den Fall, dass zwei der Reste R1 bis R3 gemeinsam eine über eine Doppelbindung gebundene Alkylidengruppe bedeuten können, sei eine solche mit 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 3 Kohlenstoffatomen genannt, wie Vinyliden (CH2=), Ethyliden (CH3-CH=, Propyliden, iso-Propyliden, Hexyliden oder Decyliden, bevorzugt Vinyliden, Ethyliden und iso Propyliden. Als Acyl seien beispielsweise genannt: Acetyl, Chloracetyl, Benzoyl, 4-Chlorbenzoyl. Als Acyl kommen weiterhin Reste in Frage, die den genannten Carbonsäuren der Formel (I) zugrunde liegen, wobei es unerheblich ist, ob der Acylrest in der zum Halogenid umzusetzenden Carbonsäure mit dem Acylrest im N-Acylharnstoff übereinstimmt oder nicht. Die genannten offenkettigen oder cyclischen, gesättigten und ungesättigten aliphatischen und aromatischen Reste können weiterhin durch eine Carboxylgruppe, eine Estergruppe, deren Alkoholkomponente 1 bis 4 Kohlen stoffatome enthält, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 4, besonders bevorzugt 1 bis 2 Kohlenstoffatomen, eine Aryloxygruppe, bevorzugt Phenyloxygruppe, eine Aralkoxygruppe, bevorzugt Benzyloxygruppe, eine Thioethergruppe.mit 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 4, besonders bevorzugt 1 bis 2 Kohlenstoffatomen eine niedere Alkylgruppe, bevorzugt Methyl oder Ethyl, sowie durch Cyano, Nitro oder Halogen substituiert sein. Als Halogen sei beispielsweise Fluor, Chlor, Brom oder Jod, bevorzugt Chlor oder Brom, genannt. Für den Fall, dass Y doppelt gebundenen Sauerstoff darstellt, seien als Verbindungen der Formel (III) Harnstoff oder teilweise substituierte Harnstoffe genannt. Für den Fall, dass Y doppelt gebundenen Schwefel darstellt, seien als Verbindungen der Formel (III) Thioharnstoff oder teilweise substituierte Thioharnstoffe genannt. Für den Fall, dass Y doppelt gebundenen Stickstoff bedeutet, seien als Verbindungen der Formel (III) Guanidin und an den endständigen Stickstoffatomen teilweise substituiertes Guanidin, sowie die entsprechenden, am doppelt gebundenen Stickstoffatom Alkyl- oder Aryl-substituierten Guanidine, genannt. Die Harnstoff-Verbindungen der Formel (III) können im erfindungsgemässen Verfahren sowohl in freier Form als auch in Form ihrer Salze, beispielsweise der Hydrochloride, der Hydrobromide, der Sulfate, der Phosphate oder der Carbonate, eingesetzt werden. Als bevorzugte Carbonsäuren im Rahmen der Formel (I) für das erfindungsgemässe Verfahren seien solche der Formel R8-COOH (IV) genannt, in der R8 für Phenyl oder R9R10R11 C- steht, worin R9 für Wasserstoff, Halogen oder C1-C10-Alkyl steht, R10 und R11 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Halogen bedeuten, wobei Aryl und Alkyl ihrerseits durch Halogen, Nitro, Alkyl, Carboxyl, die Carboxylmethylestergruppe, die Carboxylethylestergruppe, C1-C4 -Alkoxy oder Phenoxy substituiert sein können und wobei zwei der Reste R9, R10 und R11 eine über eine Doppelbindung gebundene Alkyl idengruppen bedeuten können. Als Carbonsäuren im Rahmen der Formel (I) für das erfindungsgemässe Verfahren seien besonders bevorzugt solche der Formel R12 -COOH (V) genannt, in der R12 für Phenyl oder für R13R14R15C¯ steht, worin R13 Wasserstoff, Chlor, Brom oder C1-C4-Alkyl be deutet, R14 und R15 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Chlor oder Brom stehen, wobei Phenyl und C1-C4-Alkyl ihrerseits durch Chlor, Brom, Nitro, Methoxy, Methyl, Ethyl oder Carboxyl substituiert sein können und wobei zwei der Reste R13, R14 und R15 gemeinsam eine über eine Doppelbindung gebundene C1-C3-Alkyliden gruppe bilden können. Als Beispiele für Carbonsäuren für das erfindungsgemässe Verfahren seien genannt: Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Isobuttersäure, Valeriansäure, iso-Valeriansäure, Trimethyl-essigsäure, Capronsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Vinylessigsäure, ölsäure, Chloressigsäure, Dichloressigsäure, Trichloressigsäure, Bromessigsäure Dibromessigsäure, Tribromessigsäure, oC-Chlorpropi6nsäure, dG-Chlor- buttersäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Malonsäuremonomethylester, Bernsteinsäuremonomethylester, Phenylessigsäure, Phenyloxyessigsäure, B-Phenylpropionsäure, 8Phenyl oxypropionsäure, Cyclohexancarbonsäure, Cyclohexencarbonsäure, Undecylensäure, Methoxyessigsäure, Tiglinsäure, Angelikasäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Brassylsäure, Benzoesäure, Naphthoesäure, Tolylsäure, 2-Chlorbenzoesäure, 4-Chlorbenzoesäure, 2-Nitrobenzoesäure, 4-Nitrobenzoesäure, 3-Cyanobenzoesäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, 3-Phenoxy benzoesäure, Terephthalsäure-monomethylester, 2-Methylthio-benzoesäure,- 4-tert.-Butyl-benzbesäure, 2,4-Dichlor-- benzoesäure. Die genannten Carbonsäuren sind dem Fachmann seit langem bekannt. Als Harnstoff-Verbindungen im Rahmen der Formel (III) für das erfindungsgemässe Verfahren seien bevorzugt solche der Formel R16NH-CY1-NH-R17 (VI) genannt, in der y1 doppelt gebundenen Sauerstoff, doppelt gebundenen Schwefel oder gegebenenfalls substituierten doppelt gebundenen Stickstoff R18-N= bedeutet und R16, R17 und R18 unabhängig voneinander für Wasserstoff, C1-C4-Alkyl, Phenyl oder Acyl stehen. Die Harnstoff-Verbindungen der Formel (VI) können sowohl in freier Form als auch in Form ihrer Salze im erfindungsgemässen Verfahren eingesetzt werden. Als Harnstoff-Verbindung für das erfindungsgemässe Verfahren sei besonders bevorzugt der freie nicht substituierte Harnstoff genannt. Als Harnstoff-Verbindungen für das erfindungsgemässe Verfahren seien beispielsweise genannt: Harnstoff, N-Methyl harnstoff, N ,N' -Dimethylharnstoff, N,N'-Diphenylharnstoff, Thioharnstoff, N-Methylthioharnstoff, Guanidinhydrogencarbonat, N,N-Dimethylharnstoff, N,N-Diphenylharnstoff, N-Phenylharnstoff, N,N'-Dimethylthioharnstoff, N,N'-Diphenylthioharnstoff, N-Methyl-N' -phenyl- harnstoff, Trimethylharnstoff, N,N'-Dimethyl-N-phenylharnstoff, Acetylharnstoff, Chloracetylharnstoff, Benzoylharnstoff, 4-Chlor-benzoyl-harnstoff, N,N'-Diacetylharn stoff, N,N N,N'-Di-chloracetylharnstoff, N,N'-Dibenzoylharn- stoff, N ,N' -Di-4-chlorbenzoylharnstoff. Selbstverständlich können im erfindungsgemässen Verfahren auch Verbindungen eingesetzt werden, aus denen unter den Reaktionsbedingungen gegebenenfalls substituierte Harnstoff-Verbindungen durch Aufbau- oder Spaltungs-Reaktionen entstehen können, wie Ammoniumcyanat, Alkyl- bzw. Arylammoniumcyanat, Ammoniumcarbonat, Biuret, Triuret oder Dialkylcarbodiimid. N-Acylharnstoff-Verbindungen können als solche eingesetzt werden oder aber unter den Reaktionsbedingungen vor oder während der Bildung der Säurehalogenide im Reaktionsansatz, hergestellt werden, z.B. aus Säurehalogenid und Harnstoff. Die erfindungsgemäss einsetzbaren Harnstoff-Verbindungen sind dem Fachmann bekannt und können nach bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise Harnstoff oder teilweise substituierte Harnstoffe durch Erhitzen von gegebenenfalls substituiertem Ammoniumcyanat oder durch Umsetzung von Phosgen oder Isocyansäureestern mit Ammoniak oder Aminen, für Thioharnstoff oder teilweise substituierte Thioharnstoffe analog durch Erwärmen von gegebe nenfalls substituiertem Ammoniumrhodanid oder durch Umsetzung von Thiophosgen mit Ammoniak oder Aminen und für Guanidin oder substituierte Guanidine durch Erhitzen von Cyanamid mit gegebenenfalls substituiertem Ammoniumchlorid oder aus Dicyandiamid und gegebenenfalls substituiertem Ammoniumnitrat (vgl. Lehrbücher der organischen Chemie). Im erfindungsgemässen Verfahren ist es ausreichend die Harnstoff-Verbindung in kleiner Menge zuzusetzen. Als solche sei eine Menge von 0,01 bis 5 Mol-%, bevorzugt 0,02 bis 2 Mol-%, besonders bevorzugt 0,03 bis 1 Mol-%, bezogen auf die Äquivalente der eingesetzten Carbonsäure, genannt. Als Thionylhalogenid der Formel (II) sei beispielsweise Thionylchlorid oder Thionylbromid, bevorzugt Thionylchlorid, genannt. Das Thionylhalogenid wird zur Erzielung eines vollständigen Umsatzes in mindestens äquivalenter Menge, bezogen auf die freien Carboxyläquivalente, eingesetzt. Beispielsweise sei eine Menge von 1 bis 3 Mol, bevorzugt 1,1 bis 2 Mol, besonders bevorzugt 1,2 bis 1,6 Mol pro Carbonsäureäquivalent genannt. Als Temperatur für das erfindungsgemässe Verfahren, bei der die Reaktion vervollständigt wird, sei beispielsweise eine solche von 0 bis 1500C, bevorzugt 20 bis 15O0C, besonders bevorzugt 50 bis 100 C, genannt. In vielen Fällen, besonders bei grösseren Mengen der Reaktionspartner, kann es vorteilhaft sein, zur Beherrschung der Wärmetönung der Reaktion und zur Beherrschung der Abspaltung flüchtiger Stoffe in der Reaktion die Reaktionsführung bei einer tieferen Temperatur, beispielsweise bei Raumtemperatur, zu beginnen und planmässig, entsprechend der Gasentwicklung, auf die gewählte Endtemperatur, die oben beschrieben wurde, zu steigern. Die zur Vervollständigung der Reaktion erforderliche Höchsttemperatur im Rahmen des genannten Temperaturbereiches ist selbstverständlich etwas von der Reaktivität der eingesetzten Carbonsäure abhängig. In besonders bevorzugter Weise wird die Reaktion bei der Rückflusstemperatur der Reaktionsmischung vervollständigt. Diese Temperatur ist in vielen Fällen die Siedetemperatur des bevorzugt eingesetzten Thionylchlorids. Für den Fall, dass der molare Überschuss des Thionylchlorids sehr gering ist, kann gegen Ende der Reaktion auch ohne Anwendung weiterer Massnahmen die Temperatur des Reaktionsgemisches in Folge einer leichten Überhitzung über der Siedetemperatur des Thionylchlorids liegen. Der Druck über dem Reaktionsgemisch ist für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens unkritisch, so dass aus Gründen der apparativen Vereinfachung im allgemeinen unter Normaldruck gearbeitet wird. Jedoch kann zur Beeinflussung der Höhe der Rückflusstemperatur des Reaktionsgemisches auch unter einem erhöhten Druck, beispielsweise bis zu 10 bar, gearbeitet werden. Das erfindungsgemässe Verfahren kann absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bei kontinuierlicher Reaktionsführung kann beispielsweise in einer dem Fachmann bekannten Weise in einem Umlaufreaktor gearbeitet werden, bei dem an einer Stelle des Stoffumlaufs durch Einzeleinlässe oder einen gemeinsamen Einlass die Carbonsäure, das Thionylhalogenid und die Harnstoff-Verbindung zugeführt werden, während, in Fliessrichtung der Reaktionsmischung gesehen, vor dem Wiedererreichen dieser Zufükrungsstellen ein Teil des Reaktionsgemisches dem Umlaufreaktor entnommen wird und in üblicher Weise in seine Komponenten aufgetrennt wird. Der bei der Auftrennung des Reaktionsgemisches anfallende Rückstand, der die eingesetzte Harnstoff Verbindung enthält, oder die separat isolierte Harnstoff Verbindung kann im erfindungsgemässen Verfahren erneut eingesetzt werden. Das erfindungsgemässe Verfahren kann lösungsmittelfrei oder in Gegenwart eines unter den Reaktionsbedingungen inerten Lösungsmittels durchgeführt werden. Die Gegenwart eines Lösungsmittels verkleinert zwar in Abhängigkeit von seiner angewendeten Menge die Raum-Zeit-Ausbeute, sie kann jedoch zur Abmilderung der Reaktion und/ oder zur Einstellung einer bestimmten Temperatur des Reaktionsgemisches wünschenswert sein. Für den Fall, dass ein Lösungsmittel angewendet wird, sei hierfür beispielsweise genannt: ein Kohlenwasserstoff, wie Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Benzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol oder Gemische hiervon; ein aliphatischer oder aromatischer Halogenkohlenwasserstoff, wie Methylenchlorid, Chloroform, Dichlorethan, Trichlorethan, Tetrachlorethan, Dichlorethylen, Trichlorethylen, Tetrachlorethylen, Monochlorbenzol, Dichlorbenzol, Monochlortoluol, Dichlortoluol, Monochlorxylol, Dichlorxylol oder Gemische hiervon; ein Sulfoxid, wie Dimethysulfoxid; ein Sulfon, wie Tetramethylensulfon, ein Ester wie Methylacetat oder Ethylacetat; ein Nitril, wie Acetonitril. Im erfindungsgemässen Verfahren können Carbonsäurehalogenide der Formel R-COX (VII) hergestellt werden, in der R und X die oben angegebene Bedeutung haben. Das. erfindungsgemässe Verfahren sei am Beispiel der Umsetzung von Monochloressigsäure mit Thionylchlorid in Gegenwart von nicht substituiertem Harnstoff durch die folgende Reaktionsgleichung erläutert: C1-CH3-COOH+SOCl2 [O=C(NH2)2] Cl-CH2-COCl + HCl + SO2 Das Zusammengeben der Reaktionspartner kann in beliebiger Reihenfolge geschehen. Vielfach wird man die Carbonsäure und die Harnstoff-Verbindung vorlegen und das Thionylhalogenid bei Raumtemperatur ganz vorlegen oder im Verlaufe der Reaktion in einigen Portionen zum Reaktionsgemisch zufügen. Wenn die Reaktion nicht bereits bei Raumtemperatur einsetzt, wird das Gemisch vorsichtig erwärmt, bis die Reaktion einsetzt, was an der Entwicklung der Gase Chlorwasserstoff und Schwefeldioxid erkennbar ist. Die Reaktionstemperatur wird sodann entsprechend dem Fortschritt der Reaktion oder nach einem festen Temperaturprogramm so weit gesteigert, dass schliesslich die Endtemperatur in dem weiter oben beschriebenen Tempera turintervall erreicht wird. Das Ende der Reaktion ist im allgemeinen an der beendeten Gasentwicklung zu erkennen. Das Gemisch kann sodann durch übliche Massnahmen, beispielsweise durch Destillation in gegebenenfalls überschüssiges Thionylhalogenid, das gewünschte Carbonsäure halogenid und einen Rückstand getrennt werden. Der Rückstand, der nicht umgesetzte Carbonsäure, gegebenenfalls deren Anhydrid, sowie die Harnstoff-Verbindung enthält, kann im allgemeinen dem nächsten Ansatz zugefügt werden. Für viele Anwendungszwecke ist die Reinheit des Rohproduktes ausreichend, so dass auf eine Abtrennung des Zusatzes verzichtet und das rohe Reaktionsprodukt direkt weiter verarbeitet werden kann. Der erfindungsgemässe Zusatz einer Harnstoff-Verbindung beschleunigt die Reaktion zwischen einer Carbonsäure und einem Thionylhalogenid, so dass einmal höhere Raum Zeit-Ausbeuten gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden können und zum anderen hÅaufig bei niedrigeren Reaktionstemperaturen als beim Stand der Technik gearbeitet werden kann, wodurch die Bildung unerwünschter Nebenprodukte zurückgedrängt wird und Carbonsäurechloride höherer Reinheit erhalten werden. Die Zurückdrängung unerwünschter Nebenreaktionen bringt gleichzeitig eine Ausbeuteverbesserung mit sich. Dies wird beispielsweise deutlich durch die stark verkleinerte Menge an Reaktionsrückstand. Weiterhin erlaubt die erfindungsgemässe Anwendung der Harnstoff-Verbindungen die Umsetzung auch reaktionsträger Carbonsäuren, beispielsweise der halogenierten Essigsäureo Die erfindungsgemäss einsetzbaren Harnstoff-Verbindungen sind toxikologisch unbedenklich. Überraschenderweise sind die erfindungsgemäss einsetzbaren Harnstoff-Verbindungen bereits in kleinen Mengen im Sinne der Reaktionsbeschleunigung wirksam, obwohl beim Vorhandensein. von mindestens einem freien Wasserstoffatom in den erfindungsgemäss einsetzbaren Harnstoff Verbindungen anzunehmen war, dass diese Harnstoff-Verbindung durch Reaktion mit dem Thionylhalogenid bereits zu Beginn der Reaktion irreversibel aufgebraucht würde. Carbonsäurehalogenide sind dem Fachmann bekannte Substanzen, die beispielsweise für Acylierungen der. verschiedensten Art eingesetzt werden können. Beispiele 1 bis S (vgl. Tabelle 1) In einem 1 l-Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer, Rückflusskühler und Blasenzähler fügt man zu 189,5 g (2,0 Mol) technisch reiner Monochloressigsäure den in der Tabelle 1 angegebenen Katalysator und bei Raumtemperatur 262 g (3,0 Mol) Thionylchlorid bei. Unter Rüh- ren steigert man die Temperatur nach folgendem Plan: Nach 30 Min. sind 250C zu erreichen, nach 60 Min. 330C nach 90 Min. 390C, nach 120 Min. 450C, nach 180 Min. 550C, nach 240 Min. 650C, nach 300 Min. 76 0C, nach 360 Min. 870C und nach 390 Min. 900C. Diese letzte Temperatur wird mit + i,50C Genauigkeit bis zum Ende der Reaktion beibehalten, was am Ende der Gasentwicklung zu erkennen ist. Durch die Einhaltung des angegebenen Temperaturprogramms in allen zusammenhängenden Versuchen ist deren Vergleichbarkeit möglich. Dann wird unverbrauchtes Thionylchlorid bis 760C Über- gangstemperatur abgetrennt und schliesslich der Rückstand unter vermindertem Druck abdestilliert (Kp. 52 - 53,2 C/180 mm). Der Vorlauf enthält neben SOCl2 bereits etwas Reaktionsprodukt. Mit Hilfe bekannter analytischer Verfahren (z.B. IR-spektroskopisch oder durch Umsetzung mit Di-n-butylamin) Lässt sich der Anteil an Chloracetylchlorid bestimmen. Der Destillationsrückstand enthält unumgesetzte Chloressigsäure und/oder deren Anhydrid. (Angaben über Ausbeute oder Rückstandsmenge beziehen sich auf den Einsatz). a) Vergleichsversuche (Beispiele 1 und 2) Behandelt man wie oben beschrieben 189,5 g Chlor essigsäure mit 262 a SOCl2 ohne Katalysator, dann kommt die Umsetzung nach ca. 11 h zum Stillstand. Nach Destillation. verbleiben 5,4 g Rückstand (2,9 % des Einsatzes). Die Ausbeute an Chloracetylchlorid beträgt einschliesslich des im Vorlauf enthaltenen Anteiles 96,5 % der theoretischen Ausbeute. Die gleichen Mengen an Chloressigsäure und SOCl2 er fordern in Gegenwart von 0,146 g (0,1 Mol-%) Dime thylformamid (DwXF) 7,2 Stunden bis zum Ende der Gasentwicklung; als Destillationsrückstand ver bleiben 6,4 g (3,4 % des Einsatzes; die Gesamtaus beute an Chloracetylchlorid beträgt 97,5 % der theoretischen Ausbeute). b) Erfindungsgemässe Umsetzungen (Beispiele 3 bis 5) Behandelt man wie oben beschrieben 189,5 g Chlores sigsäure mit 262 g SOCl2, jeweils in Gegenwart von erfindungsgemässen Katalysatoren, dann erhält man nach der beschriebenen Aufarbeitung die Ergebnisse der Tabelle 1: Tabelle 1 Bei- Katali- Menge Reakt.- Rückstand Ausbeute spiel sator Katal. zeit Nr. [Mol.-%] [h] [g] [%] [g] [% d. Th.] 1 - - 11.0 5.4 2.9 218 96.5 2 DMF 0.1 7.25 6.4 3.4 220 97.5 3 Harn- 0.1 7.0 2.9 1.5 222 98.0 stoff 4 Harn- 0.3 6.3 1.9 1.0 223 98.5 stoff 5 Guani- 0.1 8.3 1.5 0.8 223 98.5 dinbicar bonat Beispiel 6 In einem 1 l-Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Rückflusskühler und Blasenzähler gibt man bei Raumtemperatur 94,5 g (1,0 Mol) Monochloressigsäure, 136,9 g (1,15 Mol) Thionylchlorid und 60 mg Harnstoff (0,1 Mol-%) zusammen und erwärmt in einem 1000C warmen ölbad. Nach 1,5 h ist die Gasentwicklung praktisch beendet. Man rührt noch 6 h bei dieser Temperatur nach und destilliert, ohne einen Vorlauf abzunehmen. Man erhält 104,5 g Destillat, das laut gaschromatographischer Analyse 98,1 % Chloracetylchlorid und 1,3 % SOCl2 enthält (entspricht einer Ausbeute von 90,8 % der theoretischen Ausbeute) und 6,8 g Rückstand, der noch weiteres Chloracetylchlorid enthält (etwa 90 Gew.-% des Rückstandes und damit weitere 5,4 % der theorethischen Ausbeute) und in einen weiteren Ansatz zurückgeführt werden kann. Die Gesamtausbeute beträgt 96,2 % der theoretischen Ausbeute. Auf diese Art erhaltenes Chloracetylchlorid ist sehr rein und fast farblos. Beispiele 7 bis 10 (vgl. Tabelle 2) Umsetzungen von Methacrylsäure zum Methacrylchlorid werden durch die erfindungsgemässen Katalysatoren nicht nur beschleunigt, sondern führen zu Reaktionsprodukten höherer Reinheit und zu höheren Ausbeuten. In eine Reaktionsapparatur wie in Beispiel 1 gibt man bei 10 - 150C zu 316 g (2,65 Mol) SOCl2 höchster Reinheit im Verlauf von 30 Min. 206,5 g (2,40 Mol) Methacrylsäure und erwärmt das Gemisch nach folgendem Plan: Nach 30 Min. ist das Zutropfen beendet, nach 60 Min. sind 300C erreicht, nach 90 Min. 42 - 43 C, nach 120 Min. 56 570C, nach 150 Min. 670C, nach 180 Min. 740C und nach 210 Min. 80 - 810C. Diese Temperatur wird bis zur Beendigung der Gasabspaltung beibehalten, dann der Rückflusskühler gegen einen absteigenden Kühler ausgetauscht und der Überschuss an SOCl2 zusammen mit gebildetem Säurechlorid bis 1040C/ 760 mm Hg Übergangstemperatur abdestilliert. Der nicht destillierbare Anteil wird als Rückstand bezeichnet, die Reinheit des Destillates wird einerseits durch Bestimmung von SOCl2- und SO2-Gehalt mittels IR-Analyse, andererseits durch Bromierung der Methacrylchlorid-Doppelbindung bestimmt. a) Vergleichsversuche (Beispiele 7 und3) Führt man die Umsetzung mit 316 g Thionylchlorid und 206,5 g Methacrylsäure ohne Katalysator nach vorgegebenem Aufheizplan durch, ist die Reaktion nach 4 h 15 Min. beendet. Die Destillation ergibt 53,0 g Rückstand und ein Destillat, das weniger als 0,5 % SOCI2 und SO2 und 91,0 % Methacrylchlo rid enthält (durch Bromierung bestimmt). rührt man die gleiche Umsetzung in Gegenwart von 55 mg (0,03 Mol-*) DMF durch, ist die Gasentwick lung nach 3 h 50 Min. beendet. Nach der Destilla tion verbleiben 25,6 g Rückstand. Das Destillat ent hält weniger als 0,5 % SOCl2 und Spund 91,3 % Meth acrylchlorid. b) Erfindungsgemässe Umsetzungen (Beispiele 9 und 10) Führt man die Umsetzungen mit den gleichen Mengen der Ausgangsmaterialien in Gegenwart von 0,03 Mol-% der genannten erfindungsgemässen Katalysatoren durch, die dem Thionylchlorid vor der Umsetzung zugefügt werden, dann erhält man Ergebnisse, die in Tabelle 2 aufgeführt sind. Tabelle 2 Beispiel Katalysator Menge Reaktions- Rück- Gehalt des Nr. zeit stand Destillates [Mol-%] [Min.] [g] [%] 7 - - 255 53.0 91.0 8 DMF 0.03 230 25.6 91.3 9 Harnstoff 0.03 205 - 96.0 10 Guanidin- 0.03 200 - 95.8 bicarbonat Beispiele 11 bis 19 (vgl. Tabelle 3) Der Vorteil der erfindungsgemässen Katalysatoren bezüglich Reaktionsgeschwindigkeit und Ausbeute lässt sich auch an aromatischen Carbonsäuren nachweisen. In einer 1 l-RUhrapparatur wie in Beispiel 1 beschrieben werden bei Raumtemperatur 156,5 g (1,0 Mol) p-Chlorbenzoesäure mit 178,5 g (1,5 Mol) Thionylchlorid zusammengegeben, gegebenenfalls nach Zugabe des Katalysators zur Chlorbenzoesäure. Man erwärmt die Mischung nach folgendem Plan: Im Verlauf von 15 Min. bis 350C, von 30 Min. bis 520C, von 45 Min. bis 650C, von 60 Min. bis 700C, von 90 Min. bis 80eC, von 180 Min bis auf 90"C. Diese Temperatur wird bis zum Ende der Gasabspaltung beibehalten, sodann überschüssiges S0Cl2 bei 900C unter leichtem Unterdruck abdestilliert und schliesslich bei 103,5 - 1050C/15 mm Hg das 4-Chlorbenzoylchlorid fraktioniert. Der nicht umgesetzte Rückstand wird in Gew.-% (bezogen auf eingesetzte 4-Chlorbenzoesäure) angegeben. a) Vergleichsversuche (Beispiele 11 und 12) Die unkatalysierte Umsetzung erfordert ca. 860 Min. bis zum Ende der Gasabspaltung, liefert 165,8 g (94,6 % der theoretischen Ausbeute) an reinem 4-Chlorbenzoylcnlori und 8,8 g (5,5 % des Einsatzes) an unreagiertem Einsatzmaterial. Bei Anwendung von 0,073 g (0,1 Mol-%) DMF als Katalysa- tor ist die Umsetzung in 295 Min. beendet und liefert 2,26 g Rückstand (1,45 % der eingesetzten p-Chlorbenzoesäure) und 168,0 g (96,5 % der theoretischen Ausbeute) an 4 -Chlorbenzoylchlorid. b) Erfindungsgemässe Umsetzung (Beispiele 13 bis 19) Bei Verwendung der gleichen Ausgangsmaterialien und unter den gleichen Umsetzungsbedingungen, aber in Gegenwart der angegebenen Mengen der erfindungsgemässen Katalysatoren, wurden die Ergebnisse der Tabelle 3 erhalten. Tabelle 3 Beispiel Katalysator Menge Reaktions- Ausbeute Rückstand Nr. zeit [Mol-%] [Min.] [%] [%] 11 - - 860 94.6 5.5 12 DMF 0.1 295 96.5 1.45 13 Harnstoff 0.1 240 96.3 1.3 14 Harnstoff 0.3 170 97.3 1.7 15 Harnstoff 0.6 165 96.7 1.6 16 N,N'-Dimethyl- 0.1 220 96.6 1.2 harnstoff 17 N,N'-Diphenyl- 0.1 340 98.1 1.8 harnstoff 18 N-Methylthio- 0.1 500 94.8 1.7 harnstoff 19 Guanidin- 0.1 290 98.2 1.8 bicarbonat Dabei wurde bei Verwendung von N-Methylthioharnstoff ein nur gering verfärbtes Produkt erhalten, was besonders wertvoll ist, wenn auf destillative Reinigung der Produkte verzichtet werden soll. Beispiel 20 156,5 g (1,0 Mol) 2-Chlorbenzoesäure, 155 g (1,3 Mol) Thionylchlorid und 0,06 g (0,10 Mol-%) Harnstoff werden zusammengegeben und nach folgendem Plan erwärmt: In 30 Min. bis auf 350C, in 60 Min. bis auf 500C, in 90 Min. bis auf 620C, in 120 Min. bis auf 750C und dann nach insgesamt 150 Min. bis auf 900C; nach insgesamt 210 Min. ist die Gasentwicklung beendet. Beim Destillieren erhält man 171,8 g (98,2 % der theoretischen Ausbeute) an 2-Chlorbenzoylchlorid und 1,88 g (1,2 %) an Rückstand. Das erhaltene Produkt ist besonders rein (99 - 100% ermittelt durch Anilintitration); sein Erstarrungspunkt liegt bei -3,700C. Beispiele 21 bis 25 (vgl. Tabelle 4) In einer 1 l-Rührapparatur wie in Beispiel 1 werden bei 15 - 200C 250,5 g (1,5 Mol) 2-Nitrobenzoesäure mit 268 g (2,25 Mol) SOCl2 und gegebenenfalls mit Katalysator versetzt und nach folgendem Plan erwärmt: Nach 30 Min. sind 300C zu erreichen, nach 60 Min. 333C, nach 90 Min. 350C, nach 120 Min. 400C, nach 140 Min. 450C, nach 160 Min. 550C, nach 180 Min. 650C, nach 200 Min. 75 C, nach 220 Min. 85 C und nach 4 h 90 C. Diese Temperatur wird bis zum Ende der Gasentwicklung beibehalten, dann wirc?. bei 900C/200 mm Hg überschüssiges SOC12 abdestilliert und das 2-Nitrobenzoylchlorid bei 121 - 1220C/0,4 mm Hg frakticniert. Das hellgelbe Destillat ist wenigstens 99,8 %ig (Anilintitration). Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammenefasst (Vergleichsbeispiele 21 und 22; Beispiele 23 bis 25). Beispiel 26 In einer Apparatur, wie in Beispiel 6 beschrieben, gibt man bei Raumtemperatur 94,5 g (1,0 Mol) Monochloressigsäure, 136,9 g (1,15 Mol) Thionylchlorid und 1,4 g N-Chloracetyl-harnstoff zusammen und erwärmt in einem 1000C warmen Ölbad. Nach 1,5 Stunden ist die Gasentwicklung beendet. Man rührt noch 6 Stunden bei dieser Temperatur nach und destilliert, ohne einen Vorlauf abzunehmen. Man erhält 96,9 g Destillat, das laut gaschromatographischer Analyse 99,4 Gew.-% Chloracetylchlorid enthält (das entspricht einer Ausbeute von 85,7 % der theoretischen Ausbeute), ferner 8,5 g Rückstand. Dieser Rückstand wird zusammen mit 1 Mol Monochloressigsäure und 137 g SOCl2 wie beschrieben umgesetzt. Man erhält bei der Destillation 107,8 g 99,5 gew.-%iges Chloracetylchlorid (entspricht 95,0 % der theoretischen Ausbeute), sowie 15,7 g Rückstand, der beim Erkalten erstarrt. Die Gesamtausbeute beider Reaktionsläufe beträgt 90,4 % der theoretischen Ausbeute. Tabelle 4 Beispiel Katalysator Menge Reaktions- Rückstand Ausbeute Nr. zeit [Mol-%] [Min.] [%] [%] 21 - - 500 2.35 97.0 22 DMF 0.1 310 1.8 98.0 23 Harnstoff 0.1 300 2.0 94.7 24 Harnstoff 0.25 270 1.3 98.3 25 N,N'-Dimethyl- 0.1 270 1.8 98.2 harnstoff

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Carbonsäurehalogeni den durch Umsetzung einer Carbonsäure der Formel R-COOH, in der R für Aryl oder RÚRêR C- steht, worin RÚ, Rê und R unabhängig voneinander Wasserstoff, Halogen, Alkyl oder Alke nyl bedeuten und worin weiterhin zwei der Reste R1 bis R3 gemeinsam eine Alkylengruppe oder eine über eine Doppelbindung gebundene Alkylidengruppe bedeuten können, mit einem Thionylhalogenid der Formel SOX2 t in der X für Chlor oder Brom steht, in Gegenwart von Zusätzen, dadurch gekennzeich net, dass man als Zusatz kleine Mengen einer ge gebenenfalls substituierten Harnstoff-Verbindung der Formel R4NH-CY-NR5R6, in der Y doppelt gebundenen Sauerstoff, Schwefel oder ge gebenenfalls substituierten Stickstoff, R7-N= bedeutet und R4, R5, R5 und R7 unabhängig voneinander für Was serstoff, Alkyl, Aralkyl, Aryl oder Acyl stehen und wobei weiterhin die zwei Reste R4 und R5, R5 und R6 oder R5 und R7 eine Alkylengruppe bil den können, in freier Form oder in Form ihres Salzes, gegebenen falls in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels, ein setzt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man 0,01 bis 5 Mol-% einer Harnstoff-Verbindung, bezogen auf die eingesetzten Carbonsäureäquivalente, einsetzt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass man Harnstoff einsetzt. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass bei einer Temperatur von 0 bis 1500C gearbeitet wird. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass bei Rückflusstemperatur des Reak tionsgemisches gearbeitet wird. 6) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass man eine gegebenenfalls substituierte Harnstoff-Verbindung der Formel R16NH¯cy1¯NHR17 einsetzt, in der y1 doppelt gebundenen Sauerstoff, doppelt ge bundenen Schwefel oder gegebenenfalls substitu ierten doppelt gebundenen Stickstoff R18-N= bedeutet und R16, R17 und R18 unabhängig voneinander für Wasser stoff, C1-C4-Alkyl, Phenyl oder Acyl stehen. 7) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass man 0,02 bis 2 Mol- einer Harnstoff Verbindung, bezogen auf die eingesetzten Carbon säureäquivalente, einsetzt. 8) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass man 0,03 bis 1 Mol- einer Harnstoff Verbindung, bezogen auf die eingesetzten Carbon säureäquivalente, einsetzt. 9) Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass das Thionylhalogenid in mindestens äquivalenter Menge pro freies Carboxyläquivalent eingesetzt wird.

Inventors: HEYDKAMP, WOLFGANG, DR., RAUCHSCHWALBE, GUNTER, DR., STEFFAN, GUIDO, DR., TRESCHER, VIKTOR, DR., Rauchschwalbe, Günter, Dr.
Applicants: BAYER AG
Application year: 1980
Main classification: C07C51
IPC codes: B01J31, C07C51, C07C63, C07C67, C07B61, C07C57, C07C53, C07C205, C07C201