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Title:
PROCESS FOR PREPARING CHLOROACETYL CHLORIDE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/005570
Kind Code:
A1
Abstract:
Process for preparing chloroacetyl chloride by (a) reacting chloroacetic acid with phosgene in the liquid phase at a temperature of 0 to 100°C under a pressure of 0.05 to 0.2 MPa abs. in the presence of a catalyst adduct of phosgene and an N,N-disubstituted formamide of the general formula (I) in which R1 and R2 independently of one another are C1 to C4 alkyl or R1 and R2 together are a C4 or C5 alkylene chain, and (b) subsequently isolating the chloroacetyl chloride from the resulting reaction mixture, wherein the phosgene in step (a) is used in a molar ratio to the chloroacetic acid of 0.85 bis 0.99, and in step (b) chloroacetyl chloride is isolated by distillation.

Inventors:
BAUMANN, Robert (Koernerstrasse 42, Mannheim, 68259, DE)
KECK, Julia (K1 16, Mannheim, 68159, DE)
KIRCHHOFFER, Franz (Schaffnereiweg 29, Weinheim, 69469, DE)
LORENZ, Michael (Heinrich-Heine-Str. 2, Ludwigshafen, 67061, DE)
Application Number:
EP2016/065116
Publication Date:
January 12, 2017
Filing Date:
June 29, 2016
Export Citation:
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Assignee:
BASF SE (Carl-Bosch-Str. 38, Ludwigshafen am Rhein, 67056, DE)
International Classes:
C07C51/60
Foreign References:
US5200560A1993-04-06
US5166427A1992-11-24
US5200560A1993-04-06
EP0652204A11995-05-10
US5245063A1993-09-14
US5430186A1995-07-04
US6433224B12002-08-13
US20070299282A12007-12-27
US3810940A1974-05-14
US6770783B12004-08-03
US20030028046A12003-02-06
Attorney, Agent or Firm:
BASF IP ASSOCIATION (BASF SE, ZRX - C6, Ludwigshafen, 67056, DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Chloressigsäurechlorid, bei dem man

(a) Chloressigsäure mit Phosgen in der Flüssigphase bei einer Temperatur von 0 bis 100°C und einem Druck von 0,05 bis 0,2 MPa abs in Gegenwart eines Katalysator- Addukts aus Phosgen und einem Ν,Ν-disubstituierten Formamid der allgemeinen Formel (I)

R\ N— CHO

R (i), in der R1 und R2 unabhängig voneinander d- bis C4-Alkyl oder R1 und R2 gemeinsam eine C4- oder Cs-Alkylenkette bedeuten, umsetzt, und

(b) aus dem erhaltenen Reaktionsgemisch Chloressigsäurechlorid isoliert, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt (a) das Phosgen in einem Molverhältnis zur Chloressigsäure von 0,85 bis 0,99 einsetzt, und in Schritt (b) Chloressigsäurechlorid destillativ isoliert.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man als N,N-disubstituiertes Formamid (I) Ν,Ν-Dimethylformamid einsetzt.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt (a) das Phosgen in einem Molverhältnis zur Chloressigsäure von 0,85 bis 0,98 einsetzt.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt (a) ein Verhältnis der Summe der Molzahlen von Ν,Ν-disubstituiertem Formamid (I) und dem daraus gebildeten Katalysator-Addukt und Ν,Ν-disubstituierten Formamid-Hydrochlorid zur Molzahl der Chloressigsäure von 0,01 bis 0,5 einsetzt.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man Schritt (a) kontinuierlich durchführt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man Schritt (a) in einer Reaktorkaskade durchführt, welche einen Hauptreaktor und einen Nachreaktor um- fasst, und man die Gesamtmenge an Phosgen im Hauptreaktor zuführt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man den Hauptreaktor bei einer Temperatur von 0 bis 50°C und den Nachreaktor bei einer um 5 bis 50°C höheren Temperatur betreibt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man im Nachreaktor das Reaktionsgemisch bei einer mittleren Verweilzeit von 1 Minute bis 12 Stunden be- lässt.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man bei der destil- lativen Isolierung von Chloressigsäurechlorid in Schritt (b) im Sumpf angereichertes N,N- disubstituierte Formamid (I) erneut in Schritt a) einsetzt.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man 50 bis 100% des bei der destillativen Isolierung von Chloressigsäurechlorid in Schritt (b) im Sumpf angereicherten Ν,Ν-disubstituierten Formamids (I) erneut in Schritt a) einsetzt.

Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man Schritt (b) kontinuierlich durchführt und das in Schritt (b) im Sumpf angereicherte N,N-disubstituierte Formamid (I) zu Schritt a) kontinuierlich rückführt.

Description:
Verfahren zur Herstellung von Chloressigsäurechlorid

Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Chloressigsäurechlorid durch Umsetzung von Chloressigsäure mit Phosgen in der Flüssigphase bei einer Temperatur von 0 bis 100°C und einem Druck von 0,05 bis 0,2 MPa abs in Gegenwart eines Katalysator-Addukts aus Phosgen und einem Ν,Ν-disubstituierten Formamid der allgemeinen Formel (I)

R \ N— CHO

(I),

in der R 1 und R 2 unabhängig voneinander d- bis C 4 -Alkyl oder R 1 und R 2 gemeinsam eine C 4 - oder Cs-Alkylenkette bedeuten, und nachfolgender Isolierung des Chloressigsäurechlorids aus dem erhaltenen Reaktionsgemisch. Chloressigsäurechlorid ist ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Synthese einer Vielzahl chemischer Produkte, wie etwa Kosmetika, Tenside und Papierhilfsmittel sowie pharmazeutischer und agrochemischer Wirkstoffe. Insbesondere findet Chloressigsäurechlorid in der Herstellung diverser Pflanzenschutzmittel und der pharmazeutischen Wirkstoffe Diclofenac, Diazepam und Lidocain Verwendung.

Carbonsäurechloride, zu denen als substituierte Spezies auch Chloressigsäurechlorid zählt, werden technisch üblicherweise durch Umsetzung der entsprechenden Carbonsäuren oder Carbonsäureanhydride mit Thionylchlorid, Phosphortrichlorid oder Phosgen als Chlorierungsmittel hergestellt.

Im Gegensatz zu Phosphortrichlorid sind Thionylchlorid und vor allem Phosgen weniger reaktiv. Die Herstellung von Carbonsäurechloriden durch Umsetzung der entsprechenden Carbonsäuren beziehungsweise Carbonsäureanhydriden mit Phosgen erfolgt daher zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit stets in Gegenwart eines Katalysators. Als geeignete Katalysatorvorstufen sind beispielweise Ν,Ν-disubstituierte Formamide und deren Hydrochloride (US 5,166,427, US 5,200,560, EP A 0,652,204, US 5,245,063 und US 5, 430,186), Pyridine und dessen Derivate, substituierte Harnstoffe, Amidine (US 6,433,224), Triphenylphoshin und Triphenylphoshinoxid (US 2007/0,299,282) bekannt.

Chlorierungen von Carbonsäuren mit Phosgen in Gegenwart eines geeigneten Chlorierungskatalysators sind gegenüber dem Einsatz anderer Chlorierungsmittel großtechnisch von Vorteil, da diese relativ einfach durchführbar sind. Das benötigte Phosgen kann dabei direkt vor dessen Einleitung in den Synthesereaktor katalytisch aus Kohlen- monoxid und Chlor an Aktivkohle in einfacher Reaktion hergestellt werden kann, so dass der toxische Einsatzstoff nicht transportiert oder gelagert werden muss. US 6,433,224 beschreibt die Herstellung von Carbonsäurechloriden durch Umsetzung der entsprechenden Carbonsäure, des entsprechenden Carbonsäureanhydrids oder Lactons mit Phosgen in Gegenwart eines Ν,Ν,Ν',Ν'-tetrasubstituierten Amidinium-halo- genids, eines Ν,Ν,Ν'-trisubstituierten Amidiniumhydro-halogenids oder eines N,N,N'-tri- substituierten Amidins, wobei Phosgen in einer Menge von 1 ,0 bis 2,0 Moläquivalenten, bezogen auf die molare Menge an Carbonsäure beziehungsweise Carbonsäureanhydrid eingesetzt wird. Das gebildete Carbonsäurechlorid kann durch Phasentrennung von dem im Carbonsäurechlorid unlöslichen Katalysator abgetrennt, und der Katalysator wiederverwendet werden. US 3,810,940 beschreibt die Herstellung von Carbonsäurechloriden durch Umsetzung von intramolakularen Carbonsäureanhydriden mit Phosgen in Gegenwart von Dimethyl- formamid und Chlorbenzol. Phosgen wird dabei in äquimolarer Menge, bezogen auf das intramolakulare Carbonsäureanhydrid, benötigt, bevorzugt jedoch im geringen Über- schuss zugegeben. Das Phosgen wird dabei durch das gerührte Reaktionsgemisch ge- leitet.

US 5,166,427 beschreibt die Herstellung von Carbonsäurechloriden der Formel R-COCI, bei denen der Rest R eine Cs-Cso-Alkyl-, eine Cs-Cso-Alkenyl- oder eine Cs-Cso-Alkinyl- Gruppe ist, durch Umsetzung der entsprechenden Carbonsäure mit einer im Wesentli- chen äquimolaren Menge Phosgen in Gegenwart eines Katalysator-Addukts aus Phosgen und eines Ν,Ν-disubstituierten Formamids und nachfolgender Phasentrennung, wobei die untere, das Katalysator-Addukt und Ν,Ν-disubstituiertes Formamid enthaltende Phase, wiederverwendet werden kann. Das Carbonsäurechlorid wird aus der oberen Phase erhalten und kann destillativ gereinigt werden.

US 6,770,783 beschreibt die Herstellung von Carbonsäurechloriden durch Umsetzung der entsprechenden Carbonsäure mit Phosgen oder Thionylchlorid in Gegenwart eines Katalysator-Addukts aus Phosgen oder Thionylchlorid und eines N,N-disubstituierten Formamids, bei dem während und/oder nach der Umsetzung Chlorwasserstoff zugeführt wird. Das Molverhältnis der zugeführten Mengen an Phosgen oder Thionylchlorid bezogen auf die Carbonsäure beträgt dabei 1 ,0 bis 2,0. Die anschließende Isolierung der Carbonsäurechloride erfolgt durch Phasentrennung.

US 2003/0,028,046 offenbart die diskontinuierliche oder kontinuierliche Herstellung von Chlorcarbonsäurechoriden durch Umsetzung der entsprechenden Lactone mit Phosgen in Gegenwart einer Borverbindung und eines Katalysator-Addukts aus Phosgen und eines Chlorierungskatalysators, und nachfolgender destillativer Aufarbeitung, wobei der, den Chlorierungskatalysator enthaltende Sumpfaustrag zur Chlorierungsstufe rückgeführt werden kann.

US 5,200,560 offenbart die kontinuierliche Herstellung von Carbonsäurechloriden der Formel R-COCI, bei denen der Rest R eine Ci-C3o-Alkyl-, eine C2-C3o-Alkenyl- oder eine C2-C3o-Alkinyl-Gruppe ist, durch Umsetzung der entsprechenden Carbonsäure mit einer im Wesentlichen äquimolaren Menge Phosgen in Gegenwart eines Katalysator-Addukts aus Phosgen und eines Ν,Ν-disubstituierten Formamids, in einem durchmischten Reaktionsapparat und nachfolgender Phasentrennung, wobei der Beladungsgrad des N,N- disubstituierten Formamids mit Phosgen 20 bis 70 mol-% beträgt. Das Carbonsäurechlorid befindet sich dabei in der oberen Phase und kann daraus destillativ aufgereinigt werden. Die untere Phase enthält das Katalysator-Addukt und Ν,Ν-disubstituiertes Formamid und kann zum Chlorierungsreaktor rückgeführt werden. EP 0,652,204 A beschreibt die Herstellung von Carbonsäurechloriden der Formel R-COCI, bei denen der Rest R eine Ci-C3o-Alkyl-, eine C2-C3o-Alkenyl- oder eine C2-C30- Alkinyl-Gruppe ist, durch Umsetzung der entsprechenden Carbonsäure mit einem Katalysator-Addukt aus Phosgen und eines Ν,Ν-disubstituierten Formamids in einer gestuften Reaktionsführung, wobei in einer ersten Stufe das Ν,Ν-disubstituierte Formamid mit Phosgen beladen wird, und dann in einer zweiten Stufe die Umsetzung mit der Carbonsäure erfolgt.

US 5,430,186 beschreibt die Herstellung von Carbonsäurechloriden der Formel R-COCI, bei denen der Rest R ein organischer Rest mit 1 bis 30 C-Atomen ist, durch Umsetzung der entsprechenden Carbonsäure mit einer im Wesentlichen äquimolaren Menge Phosgen in Gegenwart eines Katalysator-Addukts aus Phosgen und eines N,N-disubstituier- ten Formamids, bei der die Carbonsäure und Phosgen in paralleler Fließrichtung von unten in eine Zone enthaltend das Katalysator-Addukt geleitet, und in laminarer Strömung nach oben transportiert wird, wobei sich am oberen Ende eine separate Phase enthaltend das gebildete Carbonsäurechlorid bildet, und darunter eine separate Phase, enthaltend das Katalysator-Addukt und Ν,Ν-disubstituiertes Formamid, bildet, und letztere zur erneuten Bildung von Katalysator-Addukt abgeführt, mit Phosgen versetzt und rückgeführt wird. US 5,245,063 lehrt die Herstellung von Carbonsäurechloriden der Formel R-COCI, bei denen der Rest R eine Ci-C3o-Alkyl-, eine C2-C3o-Alkenyl- oder eine C2-C3o-Alkinyl- Gruppe ist, durch Umsetzung der entsprechenden Carbonsäure mit einer im Wesentlichen äquimolaren Menge Phosgen in Gegenwart eines Katalysator-Addukts aus Phosgen und eines Ν,Ν-disubstituierten Formamids, wobei Phosgen und die Carbonsäure stufenweise oder kontinuierlich zu einer stehenden Phase des Katalysator-Addukts zu- gegeben werden. Das gebildete Carbonsäurechlorid trennt sich dabei in aller Regel automatisch als eigenständige, obere Phase von der Katalysator-Addukt-Phase ab und kann in ein Vorratsgefäß abgeleitet werden. Im Sinne einer ressourcenschonenden Reaktionsführung ist es wünschenswert, die Menge der erforderlichen Einsatz- und Hilfsstoffe so geringe wie möglich zu halten. So ist es beispielsweise bei der Chlorierung von Carbonsäuren unter Einsatz von Phosgen in Gegenwart eines Chlorierungskatalysators vorteilhaft, den Chlorierungskatalysator nach Aufarbeitung des Reaktionsgemisches durch Rückführung wiederzuverwenden. Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch völlig überraschend erkannt, dass gerade dies im Falle der Herstellung von Chloressigsäurechlorid aus Chloressigsäure durch Chlorierung mit Phosgen in Gegenwart eines Katalysator-Addukts aus einem N,N-disubstituierten Formamid und Phosgen nach den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren praktisch nicht möglich ist. Bereits bei der ersten Rückführung fällt der Umsatz von Chlores- sigsäure rapide ab. Als Folge davon wäre der verwendete Chlorierungskatalysator auszuschleusen und durch Zugabe von frischem Ν,Ν-disubstituierten Formamid zu erneuern. Somit sind die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Chloressigsäurechlorid aus Chloressigsäure und Phosgen in Gegenwart eines Chlorierungskatalysators auf Basis von Ν,Ν-disubstituiertem Formamid ungeeignet, da eine Rückführung des Chlorierungskatalysators nicht möglich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Chloressigsäurechlorid durch Phosgenierung von Chloressigsäure zu finden, welches die Nachteile aus den Verfahren des Standes der Technik nicht mehr aufweist und in technisch einfacher Art und Weise Chloressigsäurechlorid in hoher Reinheit und hoher Ausbeute herzustellen vermag. Insbesondere soll es bei dem Verfahren möglich sein, den erforderlichen Chlorierungskatalysator über viele Zyklen hinweg wiederzuverwenden und somit die Menge an verbrauchten und somit zu entsorgenden Chlorierungskatalysator möglichst gering zu halten. Zudem soll auch die Menge an neu zuzuführendem Chlorierungskatalysator möglichst gering sein.

Überraschend wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Chloressigsäurechlorid gefunden, bei dem man

(a) Chloressigsäure mit Phosgen in der Flüssigphase bei einer Temperatur von 0 bis 100°C und einem Druck von 0,05 bis 0,2 MPa abs in Gegenwart eines Katalysator- Addukts aus Phosgen und einem Ν,Ν-disubstituierten Formamid der allgemeinen Formel (I)

N— CHO

R 2 '

R (l), in der R 1 und R 2 unabhängig voneinander d- bis C 4 -Alkyl oder R 1 und R 2 gemein sam eine C 4 - oder Cs-Alkylenkette bedeuten, umsetzt, und

(b) aus dem erhaltenen Reaktionsgemisch Chloressigsäurechlorid isoliert, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man in Schritt (a) das Phosgen in einem Molverhältnis zur Chloressigsäure von 0,85 bis 0,99 einsetzt, und in Schritt (b) Chloressigsäurechlorid destillativ isoliert.

Es ist seit langem bekannt, dass beim Einsatz eines Ν,Ν-disubstituierten Formamids durch Reaktion mit Phosgen ein sogenanntes Addukt gebildet wird, welches den eigent- liehen Chlorierungskatalysator darstellt und daher auch als Katalysator-Addukt bezeichnet wird. In der Literatur wird dieses Addukt auch Vilsmeier-Salz genannt.

N,N-disubstituiertes Vilsmeier-Salz

Formamid (Katalysator-Addukt)

(i) (II)

Chemisch handelt es sich beim Vilsmeier-Salz aus einem Ν,Ν-disubstituierten Formamid um ein Ν,Ν-disubstituiertes (Chlormethylen)ammonium-chlorid.

In Gegenwart einer Carbonsäure reagiert das Vilsmeier-Salz dann mit dieser zum Carbonsäurechlorid. Dabei wird Ν,Ν-disubstituiertes Formamid-Hydrochlorid der allgemeinen Formel (III) gebildet.

Vilsmeier-Salz Carbonsäure N,N-disubstituiertes Carbonsäure(Katalysator-Addukt) Formamid- chlorid

(II) Hydrochlorid

(Hl) In der obigen Reaktionsgleichung steht der Rest R 3 beispielsweise für einen substituierten oder unsubstituierten, linearen oder verzweigten Ci-30-Alkylrest. Aus dem gebildeten Formamid-Hydrochlorid (I II) kann durch Umsetzung mit weiterem Phosgen wieder Vilsmeier-Salz gebildet werden, welches erneut als Chlorierungskatalysator wirken kann.

N,N-disubstituiertes Vilsmeier-Salz

Formamid- (Katalysator-Addukt) Hydrochlorid (I I)

(I I I) Für eine hohe Ausbeute an Carbonsäurechlorid und eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit ist es daher naheliegend, eine hohe Konzentration an Vilsmeier-Salz im Reaktionsgemisch aufrechtzuerhalten. Auch im Stand der Technik wird der Einsatz eines Überschusses an Phosgen gelehrt, mit dem Ziel, eine möglichst hohe Konzentration an Vilsmeier-Salz aufrechtzuerhalten. Als bevorzugter Bereich sind 1 ,0 bis 2,0 Mol bezogen auf die Menge an eingesetzter Carbonsäure genannt.

Wie eingangs bereits erwähnt, wurde im Rahmen der Erfindung jedoch völlig überraschend erkannt, dass im Falle der Herstellung von Chloressigsäurechlorid trotz eines Überschusses an Phosgen bei Rückführung des vermeintlichen Katalysator-Addukts der Umsatz von Chloressigsäure rapide abfällt. Auch eine weitere Erhöhung des Phosgen- Überschusses ändert daran nichts. Lediglich ein Austausch des gebrauchten Katalysator-Addukts durch Ν,Ν-disubstituiertes Formamid beziehungsweise frisch hergestelltes Vilsmeier-Salz vermag den Umsatz wieder zu erhöhen. Diese Maßnahmen würden jedoch zu einem deutlich erhöhten Verbrauch an Chlorierungskatalysator führen und zu- dem auch die Menge an zu entsorgendem, verbrauchten Katalysator deutlich erhöhen, was natürlich beides nicht wünschenswert ist.

Noch überraschender war die Erkenntnis, dass hingegen beim Einsatz eines Unterschusses an Phosgen der Umsatz an Chloressigsäure trotz Rückführung des gebrauch- ten Katalysator-Addukts über einen längeren Zeitraum hinweg auf einem hohen Niveau gehalten werden kann. Weitere Untersuchungen dieses unerwarteten Verhaltens zeigten, dass sich im Falle eines Überschusses an Phosgen die Konzentration an aktivem Vilsmeier-Salz rasch verringert und sich stattdessen mit dem gebildeten Chlorcarbonsäurechlorid ein stabiles Reaktionsprodukt des Vilsmeier-Salzes mit der allgemeinen Formel (IV) bildet.

Vilsmeier-Salz Chloressigsäure- Ν,Ν,Ν',Ν'-tetrasubstituiertes (Katalysator-Addukt) chlorid 2-Chloro-1 ,3-bis(diamino)trimethinium chlorid

(Ii) (iv)

Letzteres ist katalytisch inaktiv und wird unter den vorliegenden Reaktionsbedingungen auch nicht wieder in das Vilsmeier-Salz rückverwandelt. Durch Verringerung des Phosgen/Chloressigsäure-Molverhältnisses verringert sich auch die Bildung des Ν,Ν,Ν',Ν'-tetrasubstituierten 2-Chloro-1 ,3-bis(diamino)trimethi- nium-chlorids. Somit wird weniger Vilsmeier-Salz irreversibel deaktiviert und dadurch eine wiederholte Rückführung ermöglicht. Unsubstituierte Carbonsäuren wie beispielsweise Essigsäure, Propionsäure oder auch Fettsäuren zeigen diesen spezifischen Effekt nicht, so dass bei deren Herstellung die Bildung eines substituierten Trimethiniumchlorids keine oder eine nur sehr untergeordnete negative Rolle spielt.

Zudem wurde erfindungsgemäß erkannt, dass aufgrund des Unterschusses an Phosgen die sonst übliche Strippung von überschüssigem Phosgen nach der Phosgenierung entfallen kann. Dies stellt eine Vereinfachung des Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik dar, sowohl apparativ als auch hinsichtlich der Entsorgung beziehungsweise Rückführung des herausgestrippten Phosgens.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Umsetzung in Schritt (a) in Gegenwart eines Katalysator-Addukts aus Phosgen und einem Ν,Ν-disubstituierten Formamid der allgemeinen Formel (I)

R

\ N— CHO

R

(i), in der R 1 und R 2 unabhängig voneinander d- bis C 4 -Alkyl oder R 1 und R 2 gemeinsam eine C 4 - oder Cs-Alkylen kette bedeuten. Bevorzugt stehen R 1 und R 2 unabhängig voneinander für Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl (1 -Methylethyl), n-Butyl, sec-Butyl (1 -Me- thylpropyl), iso-Butyl (2-Methylpropyl) und tert-Butyl (1 ,1 -Dimethylethyl), oder gemein- sam für eine CH2CH2CH2CH2 oder CH2CH2CH2CH2CH2 Gruppe. Besonders bevorzugt sind Ν,Ν-disubstituierte Formamide, bei denen R 1 und R 2 identisch sind, und ganz besonders bevorzugt Ν,Ν-Dimethylformamid und Ν,Ν-Diisobutylformamid, insbesondere N,N-Dimethylformamid.

Wie bereits zuvor beschrieben, bildet sich unter den Reaktionsbedingungen aus dem Ν,Ν-disubstituierten Formamid (I) und Phosgen das Katalysator-Addukt der allgemeinen Formel (II)

bei dem die Reste R 1 und R 2 die oben genannte Bedeutung besitzen. Wie ebenfalls bereits zuvor erläutert, stellt das Katalysator-Addukt (II) das eigentliche Chlorierungsagens dar. Durch Reaktion mit der Chloressigsäure wird daraus Ν,Ν-disubstituiertes For- mamid-Hydrochlorid (III)

gebildet, welches mit weiterem Phosgen wieder Katalysator-Addukt (II) bildet.

Der Einsatzstoff Chloressigsäure ist ein bekanntes Zwischenprodukt für die Herstellung von Carboxymethylcellulose, Pflanzenschutzmitteln, Farbstoffen und pharmazeutischen Präparaten und wird technisch beispielsweise durch direkte Chlorierung von Essigsäure bei 85°C und bis zu 0,6 MPa abs unter Zugabe katalytischer Mengen an Acetanhydrid oder Acetylchlorid gewonnen.

Chloressigsäure wird bevorzugt in flüssiger Form zugegeben (Schmelzpunkt zwischen 43°C und 63°C, je nach Modifikation). Phosgen ist trotz seiner Toxizität technisch gut handhabbar, da Phosgen direkt vor dessen Einsatz durch einfache Reaktion von Kohlenmonoxid und Chlor an Aktivkohle hergestellt werden kann. Aufgrund seines Siedepunktes von 7,5°C bei Normaldruck ist es möglich, abhängig von der vorliegenden Temperatur und dem vorliegenden Druck, Phosgen flüssig oder gasförmig dem Reaktor zuzuführen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist somit sowohl eine Zugabe von flüssigem als auch gasförmigem Phosgen möglich.

Bezogen auf die eingesetzte Chloressigsäure wird beim erfindungsgemäßen Verfahren in Schritt (a) das Phosgen im Unterschuss in einer Menge von 0,85 bis 0,99 Mol, und vorteilhaft von 0,85 bis 0,98 Mol, pro Mol Chloressigsäure zugegeben. Bevorzugt liegt das genannte Molverhältnis bei ä 0,90 und besonders bevorzugt bei ä 0,92, sowie bevorzugt bei -i 0,98, besonders bevorzugt bei ^ 0,97, ganz besonders bevorzugt bei -i 0,96 und insbesondere bei ^ 0,95.

Da das Katalysator-Addukt (II) unter Reaktionsbedingungen sowohl aus N,N-disubstitu- iertem Formamid (I) als auch aus Ν,Ν-disubstituiertem Formamid-Hydrochlorid (III) gebildet wird, ist es zur Angabe einer Mengenbeziehung sinnvoll, auch die beiden Vorstufen mit einzubeziehen. Unter Berücksichtigung dessen wird das erfindungsgemäße Ver- fahren im Allgemeinen bei einem Verhältnis der Summe der Molzahlen von N,N-disub- stituiertem Formamid (I) und dem in Schritt (a) daraus gebildeten Katalysator-Addukt (II) und Ν,Ν-disubstituiertem Formamid-Hydrochlorid (III) zur Molzahl der Chloressigsäure von 0,001 bis 1 durchgeführt. Ein Verhältnis von > 1 Mol/Mol ist jedoch auch möglich. Völlig ausreichend ist aber bereits ein Verhältnis von < 1 Mol/Mol. So wird das erfin- dungsgemäße Verfahren bevorzugt bei einem Verhältnis der Summe der Molzahlen von Ν,Ν-disubstituiertem Formamid (I) und dem daraus gebildeten Katalysator-Addukt (II) und Ν,Ν-disubstituierten Formamid-Hydrochlorid (III) zur Molzahl der Chloressigsäure von 0,01 bis 0,5 durchgeführt. Besonders bevorzugt liegt die untere Grenze für das Molverhältnis bei ä 0,02 und ganz besonders bevorzugt bei ä 0,05. Die obere Grenze liegt besonders bevorzugt bei ^ 0,3 und ganz besonders bevorzugt bei ^ 0,2.

Die erfindungsgemäße Umsetzung der Chloressigsäure in Schritt (a) führt man bei einer Temperatur von 0 bis 100°C, bevorzugt bei ä 10°C und besonders bevorzugt bei ä 20°C, sowie bevorzugt bei ^ 75°C und besonders bevorzugt bei ^ 50°C durch. Der Druck bei der Umsetzung beträgt dabei 0,05 bis 0,2 MPa abs, bevorzugt > 0,08 MPa abs und besonders bevorzugt > 0,09 MPa abs, sowie bevorzugt < 0,15 MPa abs und besonders bevorzugt < 0,12 MPa abs. Insbesondere führt man die Umsetzung ohne gezielte Druckerhöhung oder Druckabsenkung bei Atmosphärendruck durch. Als für die erfindungsgemäße Umsetzung der Chloressigsäure geeignete Reaktionsapparate sind die vom Fachmann bekannten Apparate für flüssig/flüssig und gas/flüssig Umsetzungen, wie beispielsweise Rührkessel, genannt. Bevorzugt führt man die Umsetzung in einem Rührkessel durch. Um einen besonders effizienten Eintrag sicherzustellen, ist es von Vorteil, das Phosgen durch den Rührer und/oder Düsen direkt in die Flüs- sigphase einzubringen. Da bei der Umsetzung stöchiometrische Mengen an Kohlendioxid und Chlorwasserstoff gebildet werden, und diese beim Entweichen aus der Flüssig- phase Chloressigsäurechlorid mit herausstrippen, ist es besonders vorteilhaft, den Reaktionsapparat mit einem Rückflusskühler zur Kondensation des Chloressigsäurechlorids auszustatten. Da es sich bei der erfindungsgemäßen Umsetzung um eine exotherme Reaktion handelt, ist es hinsichtlich einer einfacheren Reaktionsführung vorteilhaft, die Chloressigsäure in verdünnter Form umzusetzen. Als Verdünnungsmittel bietet sich hierzu Chloressigsäurechlorid an, da es keine weitere, neue Komponente im System darstellt. Allerdings ist es auch möglich, Chloressigsäure in unverdünnter Form umzusetzen.

Die Konzentration von Chloressigsäurechlorid im flüssigen Reaktionsgemisch beträgt üblicherweise 80 bis 99,9 Gew.-%, bevorzugt > 90 Gew.-%, besonders bevorzugt > 92 Gew.-%, sowie bevorzugt < 99 Gew.-% und besonders bevorzugt < 98 Gew-%. Die erfindungsgemäße Umsetzung der Chloressigsäure in Schritt (a) kann diskontinuierlich, halbkontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen. In allen drei Varianten wird das Phosgen jedoch bevorzugt gemäß Reaktionsfortschritt zudosiert.

Bei der diskontinuierlichen Variante werden üblicherweise die Chloressigsäure, gegebe- nenfalls verdünnt mit Chloressigsäurechlorid, und das Ν,Ν-disubstituierte Formamid (I) vorgelegt und die gewünschte Menge an Phosgen unter Reaktionsbedingungen über einen gewissen Zeitraum zudosiert. Die Zugabegeschwindigkeit wird dabei bevorzugt so ausgewählt, dass das Phosgen möglichst vollständig im flüssigen Reaktionsgemisch über das Katalysator-Addukt zum Chloressigsäurechlorid abreagiert und die Temperatur im gewünschten Rahmen bleibt. Nachdem die gewünschte Menge an Phosgen zugegeben wurde, wird das Reaktionsgemisch üblicherweise unter weiterer Vermischung zur Nachreaktion belassen. Dies kann sowohl in dem Reaktor erfolgen, in dem die bisherige Umsetzung stattfand oder in einem nachgeschalteten Nachreaktor. Die halbkontinuierliche Variante entspricht der diskontinuierlichen Variante mit dem wesentlichen Unterschied, dass

(i) eine Teilmenge an Chloressigsäure, gegebenenfalls verdünnt mit Chloressigsäurechlorid,

(ii) eine Teilmenge oder die gesamte Menge an Ν,Ν-disubstituiertem Formamid (I), und/oder

(iii) eine Teilmenge des Reaktionsgemisches eines vorhergehenden Ansatzes vorgelegt werden, und Phosgen zusammen mit Chloressigsäure, sowie der eventuell noch fehlenden Menge an Ν,Ν-disubstituiertem Formamid (I) unter Reaktionsbedingungen über einen gewissen Zeitraum zudosiert wird. Die Zugabegeschwindigkeit wird auch bei der halbkontinuierlichen Variante bevorzugt so ausgewählt, dass das Phosgen möglichst vollständig im flüssigen Reaktionsgemisch über das Katalysator-Addukt zum Chloressigsäurechlorid abreagiert und die Temperatur im gewünschten Rahmen bleibt. Bei der kontinuierlichen Variante werden Chloressigsäure, Ν,Ν-disubstituiertes Forma- mid (I), sowie Phosgen unter Reaktionsbedingungen kontinuierlich zudosiert. Zu Beginn kann der Reaktor beispielsweise wie bei der diskontinuierlichen Variante oder der halb- kontinuierlichen Variante beschrieben, angefahren werden. Ab Erreichen des gewünschten Flüssigkeitsstandes im Reaktor wird dann Reaktionsgemisch gemäß des gewünschten Flüssigkeitsstandes kontinuierlich entnommen. Auch bei der kontinuierlichen Variante wird die Zugabegeschwindigkeit bevorzugt so ausgewählt, dass das Phosgen möglichst vollständig im flüssigen Reaktionsgemisch über das Katalysator-Addukt zum Chlo- ressigsäurechlorid abreagiert und die Temperatur im gewünschten Rahmen bleibt.

Durch die kontinuierliche Durchführung ist eine besonders effiziente Fahrweise möglich, da hierbei das intermittierende Befüllen, Anfahren und Leeren des Reaktors entfällt. Das Verfahren wird dadurch weniger arbeitsintensiv und der Reaktor aufgrund der nicht er- forderlichen Rüst- und Stillstandszeiten wesentlich effizienter genutzt wird. Daher wird beim erfindungsgemäßen Verfahren Schritt (a) bevorzugt kontinuierlich durchgeführt.

Bei allen drei Varianten ist es möglich und im Allgemeinen auch vorteilhaft, das Reaktionsgemisch nach Ende der Phosgen-Zufuhr noch unter weiterer Vermischung ohne Phosgen-Zufuhr zur Nachreaktion und Ausgasung von Kohlendioxid und Chlorwasserstoff zu belassen. Dabei werden Restmengen an Phosgen, welches zunächst noch als Katalysator-Addukt zwischengespeichert oder noch gelöst im Reaktionsgemisch als Phosgen vorliegt, weiter umgesetzt. Zudem werden Kohlendioxid und Chlorwasserstoff, welche teilweise noch im Reaktionsgemisch gelöst vorliegen, ausgegast. Vorteilhafter- weise führt man daher Schritt (a) in einer Reaktorkaskade durch, welche einen Hauptreaktor und einen Nachreaktor umfasst, und man die Gesamtmenge an Phosgen im Hauptreaktor zuführt. Als Nachreaktor kommen beispielsweise Rührkessel in Frage, bei denen das flüssige Reaktionsgemisch weiter durchmischt werden kann. Bei der diskontinuierlichen und halbkontinuierlichen Variante kann die Nachreaktion und Ausgasung von Kohlendioxid und Chlorwasserstoff auch im eigentlichen Hauptreaktor erfolgen. In diesem Fall verbleibt das Reaktionsgemisch nach Ende der Phosgen-Zugabe zur Nachreaktion und Ausgasung in dem Reaktor, in dem die Zugabe des Phosgens erfolgte. Es ist natürlich auch möglich, das Reaktionsgemisch nach Ende der Phos- gen-Zugabe zur Nachreaktion und Ausgasung in einen separaten Nachreaktor zu überführen, um den Hauptreaktor beispielsweise bereits für einen neuen Ansatz zu nutzen.

Druck und Temperatur für die Nachreaktion liegen üblicherweise in dem für die Umsetzung von Chloressigsäure angegebenen Bereich. Bevorzugt betreibt man jedoch den Nachreaktor bei etwas höherer Temperatur als den Hauptreaktor, um die Umsetzung des gelösten oder gebundenen Phosgens zum Chloressigsäurechlorid zu beschleunigen sowie Kohlendioxid und Chlorwasserstoff weitgehend auszugasen. Besonders bevorzugt betreibt man den Nachreaktor bei einer um 5 bis 50°C höheren Temperatur als den Hauptreaktor. Besonders bevorzugt ist somit ein Verfahren, bei dem man den Hauptreaktor bei einer Temperatur von 0 bis 50°C und den Nachreaktor bei einer um 5 bis 50°C höheren Temperatur betreibt.

Der Zeitraum für die mittlere Verweilzeit im Nachreaktor liegt üblicherweise bei 1 Minute bis 24 Stunden. Bevorzugt belässt man das Reaktionsgemisch im Nachreaktor bei einer mittleren Verweilzeit von 1 Minute bis 12 Stunden, besonders bevorzugt bei ä 10 Minu- ten und ganz besonders bevorzugt bei ä 30 Minuten, sowie besonders bevorzugt bei < 10 Stunden, ganz besonders bevorzugt bei < 5 Stunden und insbesondere bei 22 Stunden.

Es ist natürlich möglich, auch mehrere Nachreaktoren mit unterschiedlichen Verweilzei- ten und Temperaturen einzusetzen.

Das in Schritt (a) erhaltene Reaktionsgemisch enthält hauptsächlich das gewünschte Reaktionsprodukt Chloressigsäurechlorid, sowie Ν,Ν-disubstituiertes Formamid-Hydro- chlorid (III) als Reaktionsprodukt des Katalysator-Addukts. Ferner enthält das Reaktions- gemisch auch geringe Mengen an nicht umgesetzter Chloressigsäure. Aus dem einphasigen Reaktionsgemisch wird beim erfindungsgemäßen Verfahren in Schritt (b) das Chloressigsäurechlorid destillativ isoliert.

Die Destillation kann dabei in einer üblichen Destillationskolonne in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise erfolgen. Üblicherweise enthält die Destillationskolonne Kolonneneinbauten wie beispielsweise Destillationspackungen und/oder Destillationsböden. Als Beispiele geeigneter Kolonneneinbauten sind geordnete Packungen, Füllkörper, Ventilböden, Siebböden und Glockenböden genannt. Bevorzugt sind Kolonneneinbauten, welche zu einem geringen Druckverlust führen, wie etwa geordnete Packungen und Füllkörper.

Zur destillativen Isolierung von Chloressigsäurechlorid wird die Destillationskolonne so betrieben, dass Chloressigsäurechlorid als Destillat anfällt und kondensiert wird. Mit einem Siedepunkt im Bereich von 105-1 10°C bei Normaldruck siedet Chloressigsäu- rechlorid bei deutlich niedrigerer Temperatur als die Ν,Ν-disubstituierten Formamide (Siedepunkt des einfachsten Ν,Ν-disubstituierten Formamids Ν,Ν-Dimethylformamid bei 153°C) sowie die Chloressigsäure (Siedepunkt 188°C). Somit ist Chloressigsäurechlorid sehr gut und relativ einfach aus dem Reaktionsgemisch abtrennbar. Die Destillationskolonne wird im Allgemeinen in einem Druckbereich von 0,001 bis 0,1 1 MPa abs betrieben. Ein Betrieb bei Atmosphärendruck hat den Vorteil, dass keine Maßnahmen zur Erzeugung eines Unterdrucks erforderlich sind. Ein Betrieb bei einem Druck unterhalb von Atmosphärendruck benötigt zwar Maßnahmen zur Erzeugung eines Unterdrucks, senkt aber dadurch gleichzeitig die erforderliche Destillationstemperatur herab, was Energie zur Aufheizung des Kolonnenzulaufs einspart.

Aufgrund der sehr guten, destillativen Abtrennbarkeit des Chloressigsäurechlorids kann dieses bereits bei der destillativen Trennung des Reaktionsgemisches in einer Reinheit von > 99 Gew.-%, üblicherweise sogar von > 99,8 Gew.-% gewonnen werden. Sind höherer Reinheiten gefordert, ist es natürlich möglich, das Chloressigsäurechlorid weiter aufzureinigen, beispielsweise durch eine nachgeschaltete Reindestillation. Das Sumpfprodukt aus der destillativen Isolierung des Chloressigsäurechlorids enthält hauptsächlich das eingesetzte Ν,Ν-disubstituierte Formamid (I), welches sich bei der Destillation durch HCI-Abspaltung aus dem Ν,Ν-disubstituierten Formamid-Hydrochlorid (III) wieder rückgebildet hat. Ferner enthält das Sumpfprodukt auch nicht umgesetzte Chloressigsäure und daraus gebildetes Chloressigsäureanhydrid, sowie gegebenenfalls auch Chloressigsäurechlorid.

Um das im Sumpf befindliche Ν,Ν-disubstituierte Formamid (I) weiter zu nutzen, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren bei der destillativen Isolierung von Chloressigsäurechlorid in Schritt (b) im Sumpf angereichertes Ν,Ν-disubstituierte Formamid (I) bevor- zugt erneut in Schritt a) eingesetzt. Im Allgemeinen kann dazu der erhaltene Sumpf ohne weitere Aufarbeitung oder Trennung zu Schritt (a) rückgeführt werden. Dadurch werden auch die nicht-umgesetzte Chloressigsäure sowie das Chloressigsäureanhydrid rückgeführt und somit erneut als Einsatzstoff zur Verfügung gestellt. Um einer eventuellen Aufpegelung unerwünschter Nebenprodukte, beispielsweise von in geringen Mengen gebildetem Ν,Ν,Ν',Ν'-tetrasubstituierten 2-Chloro-1 ,3-bis(diamino)- trimethiniumchlorids (IV) oder eventueller, anderer unerwünschter Reaktionsprodukte des Katalysator-Addukts, entgegenzuwirken, ist es möglich und gegebenenfalls vorteilhaft, diese ganz oder teilweise auszuschleusen. Unter unerwünschter Nebenprodukte sind Verbindungen zu verstehen, welche sich beim erfindungsgemäßen Verfahren unerwünscht bilden und weder zum Wertprodukt Chloressigsäurechlorid führen noch ka- talytisch in dessen Herstellung aktiv sind. Eine Ausschleusung unerwünschter Nebenprodukte kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass man nicht die Gesamtmenge des Sumpfes erneut in Schritt (a) einsetzt, sondern einen gewissen Teil ausschleust. Alter- nativ ist es auch möglich, das Ν,Ν-disubstituierte Formamid (I) aus dem Sumpf abzutrennen oder aufzukonzentrieren, beispielsweise durch eine weitere Destillation, und dann gezielt nur dieses erneut in Schritt (a) einzusetzen.

Bevorzugt setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren 50 bis 100%, besonders be- vorzugt 80 bis 100% und ganz besonders bevorzugt 90 bis 100% des in Schritt (b) im Sumpf angereicherte Ν,Ν-disubstituierte Formamid (I) erneut in Schritt (a) ein. Im Falle einer Rückführung des Sumpfes ohne Abtrennung oder Aufkonzentration des N,N-disub- stituierten Formamids (I) entsprechen die oben genannten Bereiche den Anteilen des Sumpfes, der erneut in Schritt (a) eingesetzt wird. Im Falle einer nicht vollständigen Wiederverwendung des im Sumpf angereicherten N,N- disubstituierten Formamids (I) ist die entsprechende Mindermenge durch Zufuhr von frischem Ν,Ν-disubstituierten Formamid üblicherweise auszugleichen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren führt man auch Schritt (b) bevorzugt kontinuierlich durch und führt das in Schritt (b) im Sumpf angereicherte Ν,Ν-disubstituierte Formamid zu Schritt a) kontinuierlich zurück.

In einer allgemeinen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur diskontinuierlichen Herstellung von Chloressigsäurechlorid legt man die gesamte Menge der einzusetzenden Chloressigsäure, gegebenenfalls verdünnt mit Chloressigsäurechlorid, zusammen mit der gesamten Menge an Ν,Ν-substituiertem Formamid (I) in einem Rührkessel mit Rückflusskühler vor. Unter Rühren wird nun der Rührkessel auf die gewünschte Temperatur von besonders bevorzugt > 20°C gebracht und unter weiterem Rühren bei Atmosphärendruck gasförmiges Phosgen zugeführt. Bei der Zufuhr von Phosgen ist unter anderem darauf zu achten, dass das Phosgen möglichst vollständig im flüssigen Reaktionsgemisch über das Katalysator-Addukt zum Chloressigsäurechlorid abreagiert und möglichst kein Rückfluss vom Rückflusskühler erfolgt. Nachdem die gewünschte Menge an Phosgen in Bezug auf die eingesetzte Chloressigsäure entsprechend dem gewünschten Molverhältnis zugegeben wurde, wird die Zufuhr gestoppt und der Rührkessel noch für 1 -2 Stunden unter Rühren zur Nachreaktion und Ausgasung von Kohlendioxid und Chlorwasserstoff bei den eingestellten Bedingungen belassen. Anschließend wird auch das Rühren gestoppt und das Reaktionsgemisch diskontinuierlich oder kontinuierlich in einer Destillationskolonne mit Einbauten destilliert. Dabei wird Chloressigsäurechlorid über Kopf in einer Reinheit von > 99 Gew.-% gewonnen. Das Sumpfprodukt enthaltend Ν,Ν-substituiertes Formamid (I) wird gesammelt und im jeweils nachfolgenden Ansatz wieder eingesetzt.

In einer allgemeinen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur kontinuierlichen Herstellung von Chloressigsäurechlorid wird als Reaktor in Schritt (a) ebenfalls ein Rührkessel mit Rückflusskühler eingesetzt. Dieser wird beispielsweise wie in der Ausführungsform zum diskontinuierlichen Verfahren beschrieben angefahren und Phosgen wie beim diskontinuierlichen Verfahren zudosiert. Nach Erreichen der gewünschten Phosgen-Menge entsprechend dem gewünschten Molverhältnis zur Chloressigsäure, wird unter weiterer, kontinuierlicher Zufuhr von Phosgen mit der kontinuierlichen Auslei- tung von Reaktionsgemisch und der kontinuierlichen Zuleitung von Chloressigsäure und Ν,Ν-substituiertem Formamid (I) begonnen. Das ausgeleitete Reaktionsgemisch wird ei- nem weiteren Rührkessel zugeführt, der bei ebenfalls bei bevorzugt > 20°C und Atmosphärendruck betrieben wird. In diesem sogenannten Nachreaktor wird das Reaktionsgemisch zur Nachreaktion und Ausgasung von Kohlendioxid und Chlorwasserstoff weiter gerührt. Bei Erreichen der gewünschten mittleren Verweilzeit wird auch aus dem Nachreaktor das Reaktionsgemisch kontinuierlich entnommen und für Schritt (b) einer Destillationskolonne zugeführt. Diese wird in einer dem Fachmann bekannten und üblichen Art und Weise angefahren und Chloressigsäurechlorid über Kopf in einer Reinheit von > 99 Gew.-% entnommen. Das Sumpfprodukt enthaltend Ν,Ν-substituiertes Forma- mid (I) wird kontinuierlich zu Schritt (a) rückgeführt.

In einer Variante zur kontinuierlichen Herstellung von Chloressigsäurechlorid wird ein Teil des Sumpfprodukts aus dem Gesamtsystem abgeführt und nur der verbleibende Teil zu Schritt (a) rückgeführt. Dadurch kann einer möglichen Aufpegelung eventueller, unerwünschter Nebenprodukte entgegengewirkt werden. Die dadurch entnommene Menge an Ν,Ν-substituiertem Formamid (I) wird durch Zuführung von frischem N,N-sub- stituierten Formamid (I) zu Schritt (a) ausgeglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Chloressigsäurechlorid durch Phosgenierung von Chloressigsäure in technisch einfacher Art und Weise. Chloressigsäurechlorid kann dadurch in hoher Reinheit und Ausbeute erhalten werden. Aufgrund des Unterschusses an Phosgen kann die sonst übliche Strippung von überschüssigem Phosgen entfallen, was eine deutliche Verfahrensvereinfachung darstellt. Der Chlorierungskatalysator beziehungsweise Ν,Ν-substituiertes Formamid als dessen Vorstufe kann über viele Zyklen hinweg wiederverwendet werden. Dadurch kann die Menge an frisch zuzuführendem Ν,Ν-substituierten Formamid als auch die Menge an auszuschleusenden und somit zu entsorgenden, verbrauchten Chlorierungskatalysator deutlich verringert werden. Erst durch die erfindungsgemäßen Merkmale konnten für die Herstellung von Chloressigsäurechlorid die genannten Vorteile realisiert werden. Beispiele

In den Beispielen 1 und 2 wurden jeweils mehrere Zyklen zur diskontinuierlichen Herstellung von Chloressigsäurechlorid durch Umsetzung von Chloressigsäure mit Phosgen in Gegenwart eines Ν,Ν-disubstituierten Formamids gefahren, wobei nach jedem Zyklus in einer Destillationskolonne Chloressigsäurechlorid über Kopf isoliert, und das verbleibende Sumpfprodukt im nachfolgenden Zyklus wiederverwendet wurde. Der wesentliche Unterschied zwischen den Beispielen 1 und 2 besteht im Verhältnis der zugeführten Molmenge an Phosgens zur Chloressigsäure. Destillat und Sumpf wurden mittels Gaschromatographie (GC) beziehungsweise Kernspinresonanzspektroskopie ( 1 H- und 13 C-NMR) analysiert. Die Ergebnisse der Beispiele 1 und 2 sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengefasst.

Beispiel 1 (Vergleich) (1 a) Erste Umsetzung

250 g (2,65 mol) Chloressigsäure wurden als Lösung in 375 g (3,32 mol) Chloressigsäurechlorid zusammen mit 20 g (0,27 mol) Ν,Ν-Dimethylformamid (DMF) in eine 1 L Rührapparatur mit Gaseinleitungsrohr und aufgesetztem Kühler (-20°C) vorgelegt. Bei 35°C wurden innerhalb von 3 Stunden 440 g (4,45 mol) Phosgen eingegast. Das Molverhältnis des zugeführten Phosgens zur eingesetzten Carbonsäure betrug somit 1 ,68. Während der Reaktion wurde kein Rückfluss beobachtet. Nach Ende der Reaktion war das Reaktionsgemisch klar und gelb. Überschüssiges, gelöstes Phosgen wurde durch Strippen mit Stickstoff entfernt.

Das Reaktionsgemisch wurde in eine Destillationskolonne überführt und im Vakuum 300 g Chloressigsäurechlorid abdestilliert (Druck zu Beginn 150 hPa abs, am Ende 90 hPa abs, Sumpftemperatur 39 - 45°C, Übergangstemperatur 37 - 43°C). Das Destillat hatte eine Reinheit von 99,9 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid.

Im Destillationssumpf wurden 91 ,2 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid und 0,6 GC FI.-% DMF gefunden. Im 1 H- und 13 C-NMR wurden Chloressigsäurechlorid, das Vilsmeier- Salz (Reaktionsprodukt aus DMF und Phosgen) und 2-Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)- trimethiniumchlorid (Reaktionsprodukt aus Vilsmeier-Salz und Chloressigsäurechlorid) detektiert. DMF konnte aufgrund seiner geringen Menge im NMR nicht nachgewiesen werden.

Vilsmeiersalz: 3 C NMR (100 MHz, DMSO, ext D 2 0 Lock) δ 47.1 , 169.0

2-Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)trimethiniumchlorid: 13 C NMR (100 MHz, DMSO, ext D 2 0 Lock) 42.7, 52.4, 95.9, 163.7

(1 b) Zweite Umsetzung

Zu dem Sumpfaustrag aus der ersten Umsetzung wurden 250 g Chloressigsäure (2,65 mol) gegeben. Bei 35°C wurden innerhalb von 3,25 Stunden 460 g (4,65 mol) Phosgen eingegast. Das Molverhältnis des zugeführten Phosgens zur eingesetzten Carbonsäure betrug somit 1 ,75. Während der Reaktion wurde kein Rückfluss beobachtet. Nach Ende der Reaktion war das Reaktionsgemisch klar und rot. Überschüssiges, gelöstes Phosgen wurde durch Strippen mit Stickstoff entfernt. Das Reaktionsgemisch wurde in eine Destillationskolonne überführt und im Vakuum 300 g Chloressigsäurechlorid abdestilliert (Druck zu Beginn 100 hPa abs, am Ende 85 hPa abs, Sumpftemperatur 45°C, Übergangstemperatur 43 - 44°C). Das Destillat hatte eine Reinheit von 99,8 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid.

Im Destillationssumpf wurden 90,7 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid, Spuren an Chloressigsäureanhydrid sowie eine Reihe von Hochsiedern gefunden. Im 1 H- und 13 C-NMR wurden weder DMF noch Vilsmeiersalz gefunden, jedoch Chloressigsäurechlorid und 2- Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)trimethiniumchlorid (Reaktionsprodukt aus Vilsmeier-Salz und Chloressigsäurechlorid) nachgewiesen.

2-Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)trimethiniumchlorid: 13 C NMR (100 MHz, DMSO, ext D 2 0 Lock) 42.7, 52.4, 95.9, 163.7 (1 c) Dritte Umsetzung

Zu dem Sumpfaustrag aus der zweiten Umsetzung wurden 250 g Chloressigsäure (2,65 mol) gegeben. Bei 35°C wurden innerhalb von 6 Stunden 220 g (2,22 mol) Phosgen eingegast, wobei bereits nach 1 Stunde Rückfluss beobachtet wurde. Nach 6 Stunde wurde die Reaktion daher abgebrochen. Nach Abbruch der Reaktion wurde überschüssiges, gelöstes Phosgen durch Strippen mit Stickstoff entfernt. Eine gaschro- matographische Analyse des Reaktionsaustrags zeigte einen unvollständigen Umsatz der Chloressigsäure. Es wurden darin 49 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid, 2,1 GC Fl.- % Chloressigsäure, 9,6 GC FI.-% Chloressigsäureanhydrid gefunden. Bei dem auf 100 GC FI.-% fehlenden Rest handelt es sich um Hochsieder. DMF wurde im GC nicht nachgewiesen. Im 1 H- und 13 C-NMR konnten weder DMF noch das Vilsmeier-Salz nachgewiesen werden. Es wurde jedoch neben Chloressigsäurechlorid, Chloressigsäure und Chloressigsäureanhydrid das 2-Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)trimethinium- chlorid (Reaktionsprodukt aus Vilsmeier-Salz und Chloressigsäurechlorid) nachgewie- sen.

2-Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)trimethiniumchlorid: 13 C NMR (100 MHz, DMSO, ext D 2 0 Lock) 42.7, 52.4, 95.9, 163.7

Bei der dritten Umsetzung wurde somit bereits weit unterhalb der stöchiometrisch erfor- derlichen Menge an Phosgen Rückfluss beobachtet, was auf einen nur noch unzureichenden bis fehlenden Umsatz deutet. Entsprechend zeigt auch die Analyse des Reaktionsaustrags deutliche Mengen an Chloressigsäure und Chloressigsäureanhydrid sowie an Hochsiedenden Nebenprodukten. Zudem waren im 1 H- und 13 C-NMR-Spektro- skopie weder DMF noch das Vilsmeiersalz nachweisbar, so dass damit auch keine ka- talytische Wirkung mehr vorhanden war.

Beispiel 2 (erfindungsgemäß) (2a) Erste Umsetzung

250 g (2,65 mol) Chloressigsäure wurden als Lösung in 375 g (3,32 mol) Chloressigsäu- rechlorid zusammen mit 20 g (0,27 mol) Ν,Ν-Dimethylformamid (DMF) in eine 1 L Rührapparatur mit Gaseinleitungsrohr und aufgesetztem Kühler (-20°C) vorgelegt. Bei 35°C wurden innerhalb von 4 Stunden 257 g (2,60 mol) Phosgen eingegast. Das Molverhältnis des zugeführten Phosgens zur eingesetzten Carbonsäure betrug somit 0,98. Während der Reaktion wurde kein Rückfluss beobachtet. Nach Ende der Reaktion war das Reaktionsgemisch klar, farblos und phosgenfrei.

Das Reaktionsgemisch wurde in eine Destillationskolonne überführt und im Vakuum 300 g abdestilliert (Druck zu Beginn 100 hPa abs, am Ende 90 hPa abs, Sumpftemperatur 36 - 44°C, Übergangstemperatur 33 - 43°C). Das Destillat hatte eine Reinheit von 99,8 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid und 0,1 GC FI.-% DMF.

Im Destillationssumpf wurden 82,9 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid, 12,1 GC FI.-% DMF, 0,7 GC FI.-% Chloressigsäure und 4,2 GC FI.-% Chloressigsäureanhydrid nachgewiesen. Im 1 H- und 13 C-NMR des Destillationssumpfes wurden diese Verbindungen ebenso gefunden, nicht aber das Vilsmeier-Salz und nicht das 2-Chloro-1 ,3-bis(dime- thylamino)trimethiniumchlorid.

(2b) Zweite Umsetzung Zu dem Sumpfaustrag aus der ersten Umsetzung wurden 250 g Chloressigsäure (2,65 mol) gegeben. Bei 35°C wurden innerhalb von 4 Stunden 257 g (2,60 mol) Phosgen eingegast.

Bei der Berechnung des Molverhältnisses des zugeführten Phosgens zur vorliegenden Chloressigsäure ist sowohl die Menge an frisch zugeführter Chloressigsäure als auch die über den Sumpf aus Beispiel 2a rückgeführte Menge zu berücksichtigen. Da die absolute Gramm-Menge an Chloressigsäure im Sumpf analytisch nicht ermittelt wurde, wurde aus den übrigen Daten der Beispiele die Ober- und Untergrenze abgeschätzt. Unter der Annahme eines Vollumsatzes an Phosgen in Beispiel 2a folgt aus der Stöchi- ometrie, dass 2,65 mol - 2,60 mol = 0,05 mol an Chloressigsäure nicht umgesetzt wurden. Da das in Beispiel 2a gewonnene Destillat nur Chloressigsäurechlorid in hoher Reinheit mit einer sehr geringen Menge an Dimethylformamid enthielt, befanden sich die verbliebenen 0,05 mol Chloressigsäure in Form der freien Chloressigsäure oder in Form seines Anhydrids im Destillationssumpf. Chloressigsäureanhydrid wird bei der Destilla- tion von Chloressigsäure unter den vorliegenden Bedingungen im gewissen Umfang gebildet. Bei der Berechnung der Obergrenze des Molverhältnisses wurde davon ausgegangen, dass sämtliche, verbliebene Chloressigsäure in Chloressigsäureanhydrid umgewandelt wurde. Somit läge die Gesamtmenge an Chloressigsäure im Einsatz von Beispiel 2b bei 2,65 mol, und entsprechend das Molverhältnis von Phosgen zu Chloressigsäure bei 0,98. Im Gegensatz dazu wurde bei der Berechnung der Untergrenze davon ausgegangen, dass sämtliche, verbliebene Chloressigsäure auch nach der Destillation in Beispiel 2a weiterhin als Chloressigsäure im Sumpf vorlag. In diesem Fall läge die Gesamtmenge an Chloressigsäure im Einsatz von Beispiel 2b bei 2,65 mol + 0,05 mol = 2,70 mol, und entsprechend das Molverhältnis von Phosgen zu Chloressigsäure bei 0,96. Beide Werte sind in Tabelle 2 als Grenzwerte genannt.

Während der Reaktion wurden nur wenige Tropfen Rückfluss beobachtet. Nach Ende der Reaktion war das Reaktionsgemisch klar, schwach gelb und phosgenfrei. Das Reaktionsgemisch wurde in eine Destillationskolonne überführt und im Vakuum 300 g abdestilliert (Druck zu Beginn 100 hPa abs, am Ende 90 hPa abs, Sumpftemperatur 36 - 47°C, Übergangstemperatur 34 - 45°C). Das Destillat hatte eine Reinheit von 99,9 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid und 0,02 GC FI.-% DMF. Im Destillationssumpf wurden 64,3 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid, 1 1 ,6 GC FI.-% DMF, 4,5 GC FI.-% Chloressigsäure und 19,4 GC FI.-% Chloressigsäureanhydrid gefunden. Im 1 H- und 13 C-NMR wurden diese Verbindungen ebenso gefunden, nicht aber das Vilsmeier-Salz und nicht das 2-Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)trimethiniumchlorid. (2c) Dritte Umsetzung

Zu dem Sumpfaustrag aus der zweiten Umsetzung wurden 250 g Chloressigsäure (2,65 mol) gegeben. Bei 35°C wurden innerhalb von 4 Stunden 257 g (2,60 mol) Phosgen eingegast. Die Ober- und Untergrenzen des Molverhältnisses von Phosgens zur Carbonsäure wurden wie bei Beispiel 2b beschrieben ermittelt, mit der Maßgabe, dass im einen Grenzfall sämtliche, verbliebene Chloressigsäure in Chloressigsäureanhydrid umgewandelt wurde, und im anderen Grenzfall die Chloressigsäure unverändert erhalten bliebt. Die Obergrenze des Molverhältnisses liegt somit ebenfalls bei 0,98, und die Untergrenze aufgrund der Gesamtmenge an Chloressigsäure im Einsatz von Beispiel 2c von 2,65 mol + 0,10 mol = 2,75 mol bei 0,94. Während der Reaktion wurden nur wenige Tropfen Rückfluss beobachtet. Nach Ende der Reaktion war das Reaktionsgemisch klar, gelb und phosgenfrei.

Das Reaktionsgemisch wurde in eine Destillationskolonne überführt und im Vakuum 300 g abdestilliert (Druck zu Beginn 100 hPa abs, am Ende 90 hPa abs, Sumpftemperatur 37 - 49°C, Übergangstemperatur 33 - 43°C). Das Destillat hatte eine Reinheit von 99,9 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid und 0,01 GC FI.-% DMF. Im Destillationssumpf wurden 41 ,3 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid, 8,7 GC FI.-% DMF, 14,4 GC FI.-% Chloressigsäure und 34,9 GC FI.-% Chloressigsäureanhydrid gefunden. Im 1 H- und 13 C-NMR wurden diese Verbindungen ebenso gefunden, nicht aber das Vilsmeier-Salz und nicht das 2-Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)trimethiniumchlorid.

(2d) Vierte Umsetzung

Zu dem Sumpfaustrag aus der dritten Umsetzung wurden 250 g Chloressigsäure (2,65 mol) gegeben. Bei 35°C wurden innerhalb von 4 Stunden 257 g (2,60 mol) Phosgen eingegast. Die Ober- und Untergrenzen des Molverhältnisses von Phosgens zur Carbonsäure wurden erneut wie bei Beispiel 2b und 2c beschrieben ermittelt. Die Obergrenze des Molverhältnisses liegt somit wiederum bei 0,98, und die Untergrenze aufgrund der Gesamtmenge an Chloressigsäure im Einsatz von Beispiel 2c von 2,65 mol + 0,15 mol = 2,80 mol bei 0,93. Während der Reaktion wurden nur wenige Tropfen Rück- fluss beobachtet. Nach Ende der Reaktion war das Reaktionsgemisch klar, gelb und phosgenfrei.

Das Reaktionsgemisch wurde in eine Destillationskolonne überführt und im Vakuum 281 ,5 g abdestilliert (Druck zu Beginn 100 hPa abs, am Ende 90 hPa abs, Sumpftemperatur 38 - 53°C, Übergangstemperatur 36 - 41 °C). Das Destillat hatte eine Reinheit von 99,9 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid und 0,01 GC FI.-% DMF.

Im Destillationssumpf wurden 19,9 GC FI.-% Chloressigsäurechlorid, 1 1 ,0 GC FI.-% DMF, 23,1 GC FI.-% Chloressigsäure und 45,8 GC FI.-% Chloressigsäureanhydrid gefunden. Im 1 H- und 13 C-NMR wurden diese Verbindungen ebenso gefunden, nicht aber das Vilsmeier-Salz und nicht das 2-Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)trimethiniumchlorid.

Die Beispiele 2a bis 2d zeigen, dass beim Einsatz einer unterstöchiometrischen Menge an Phosgen der durch Destillation im Sumpf verbleibende Phosgenierungskatalysator mehrfach rückgeführt und somit wiederverwendet werden kann. Dadurch ist auch eine kontinuierliche Verfahrensführung möglich.

Tabelle 1

Versuch abgebrochen

M Molverhältnis Phosgen zu CAAcid

CAAcid Chloressigsäure (chloroacetic acid)

CAAnhydride Chloressigsäureanhydrid (chloroacetic anhydride) CAC Chloressigsäurechlorid (chloroacetyl chloride) DMF N,N-Dimethylformamid

Vilsmeier-Salz ((Chlormethylen)dimethylammoniumchlorid) Methinium-Salz 2-Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)trimethiniumchlorid

Tabelle 2a (cont'd)

M Molverhältnis Phosgen zu CAAcid

CAAcid Chloressigsäure (chloroacetic acid)

CAAnhydride Chloressigsäureanhydrid (chloroacetic anhydride) CAC Chloressigsäurechlorid (chloroacetyl Chloride) DMF N,N-Dimethylformamid

Vilsmeier-Salz ((Chlormethylen)dimethylammoniumchlorid) Methinium-Salz 2-Chloro-1 ,3-bis(dimethylamino)trimethiniumchlori




 
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