Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nitrobiphenylen der Formel I

in der m für 1 oder 2 steht, R Halogen, R' oder OR' bedeutet, wo¬ bei R' ein C-organischer Rest ist, welcher unter den Reaktionsbe¬ dingungen inerte Gruppen tragen kann, wobei n für 0, 1, 2 oder 3 steht und im Falle, daß n 2 oder 3 ist, die Reste R auch ver¬ schieden sein können, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Chlornitrobenzol der Formel II

in Gegenwart eines Palladium-Katalysators und einer Base in einem Lösungsmittel mit einer Phenylboronsäure (lila)

einem ihrer Alkylester der Formel Illb, wobei R ¹ die Bedeutung Cι-C ₆ -Alkyl hat, oder einem ihrer Anhydride umsetzt.

Aus Synth. Commun. 11, Seite 513 (1981) ist bekannt, daß Phenyl¬ boronsäure mit Chlorbenzol in Gegenwart von Tetrakis (triphenyl- phosphan)palladium und Natriumethanolat nicht zu Biphenyl gekup¬ pelt werden kann.

Tetrahedron Lett. 32, Seite 2277 (1991) ist zu entnehmen, daß die Kupplungsreaktion zwischen Phenylboronsäure und Chlorbenzol bei Verwendung des Katalysators [1, 4-bis- (Diphenylphoεphan)butan]pal-

ladium(II)dichlorid mit einer Ausbeute von lediglich 28 % ver¬ läuft.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Nitrobiphenylen bereitzustellen, welches mit gut zugänglichen Palladium-Katalysa¬ toren arbeitet.

Demgemäß wurde das eingangs definierte Verfahren gefunden.

Die Phenylboronsäuren lila, deren Ester Illb und Anhydride wie IIIc, welche im folgenden zusammenfassend als "Borverbindungen III" bezeichnet werden, sind allgemein bekannt oder in an sich bekannter Weise erhältlich (vgl. z.B. Org. Synth. Coll. Vol. IV, Seite 68) .

Bevorzugte C-organische Reste R' sind:

Alkyl- und Alkenylgruppen, insbesondere mit 1 bis 12 Kohle - stoffatomen wie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl und Allyl,

Alkylcarbonyl- und Alkoxycarbonylgruppen, insbesondere mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen wie Acetyl, Methoxycarbonyl und Etho- xycarbonyl,

Cycloalkylgruppen, insbesondere mit 3 bis 10 Kohlensto fato¬ men wie Cyclopentyl, Cyclohexyl und 1-Methylcyclohexyl sowie

Phenyl- und Phenoxygruppen.

Unter den Reaktionsbedingungen inerte Substituenten des C-organi¬ schen Restes R' sind vorzugsweise Halogen und daneben Alkyl- und Alkoxygruppen.

Weitere C-organische Reste R' sind:

Cyano- und die Formylgruppen (-CH0)

In den Anhydriden sind normalerweise Produkte der Zusammenläge- rung von zwei oder mehreren Äquivalenten Phenylboronsäure lila unter Wasseraustritt, welche intermolekulare B-O-B-Brücken ent¬ halten. Bevorzugt sind cyclische Anhydride der Formel IIIc.

Bei den Stoffmengenangaben, welche sich auf die Borverbindungen III beziehen, ist das im folgenden zu berücksichtigen. Diese Men¬ genangaben beziehen sich stets auf Phenylborsäure-Äquivalente.

Im allgemeinen können Alkylester der Formel Illb, in der R ¹ die Bedeutung Cχ-C ₆ -Alkyl hat, eingesetzt werden. Bevorzugte Alkyl- ester Illb sind die Dimethylester und die Diethylester.

Vorzugsweise geht man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von den Phenylboronsäuren lila aus.

Weiterhin geht man bevorzugt von Borverbindungen der Formel III aus, in denen R für eine Cι-C ₄ -Alkylgruppe oder Halogen und insbe¬ sondere für Methyl, Fluor oder Chlor steht.

Darüberhinaus sind Borverbindungen III als Ausgangsmaterial be- vorzugt, in denen n für 1 und insbesondere für 0 steht.

Ganz besonders bevorzugt sind 4-Methylphenylboronsäure, 4-Fluor- phenylboronsäure und vor allem 4-Chlorphenylboronsäure als Aus- gangsverbindung lila.

Vorzugsweise geht man von Nitrochlorbenzolen II aus, welche eine einzige Nitrogruppe tragen (m = 1) , insbesondere 4-Nitrochlorben- zol und vor allem 2-Nitrochlorbenzol.

Die Borverbindungen III (Phenylboronsäure-Äquivalente) werden, bezogen auf die Verbindungen II, normalerweise mit bis zu 50-pro¬ zentigem, vorzugsweise mit bis zu 20-prozentigem Überschuß und besonders bevorzugt äquimolar eingesetzt.

Als Base können organische Basen wie z.B. tertiäre Amine einge¬ setzt werden. Bevorzugt verwendet man z.B. Triethyla in oder Dimethylcyclohexylamin.

Als Base verwendet man vorzugsweise Alkalimetallhydroxide, Erdal- kalimetallhydroxide, Alkalimetallcarbonate, Erdalkalimetallcarbo- nate, Alkalimetallhydrogencarbonate, Alkalimetallacetate, Erdal- kalimetallacetate, Alkalimetallalkoholate und Erdalkalimetallal- koholate, im Gemisch und insbesondere einzeln.

Als Base besonders bevorzugt sind Alkalimetallhydroxide, Erdalka- limetallhydroxide, Alkalimetallcarbonate, Erdalkalimetallcarbo- nate und Alkalimetallhydrogencarbonate.

Als Base ganz besonders bevorzugt sind Alkalimetallhydroxide, z.B. Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, sowie Alkalimetallcarbo¬ nate und Alkalimetallhydrogencarbonate, z.B. Lithiumcarbonat, Na- triu carbonat und Kaliumcarbonat.

Die Base wird im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise mit ei¬ nem Anteil von 100 bis 500, besonders bevorzugt 150 bis 400 Mol-%, bezogen auf die Borverbindung III, eingesetzt.

Geeignete Palladium-Katalysatoren sind Palladium-Ligandenkomplexe mit Palladium in der Oxydationsstufe Null, Salze des Palladiums in Gegenwart von Komplexliganden oder gegebenenfalls auf Träger aufgezogenes metallisches Palladium, vorzugsweise in Gegenwart von Komplexliganden.

Geeignete Komplexliganden sind neutrale Liganden wie Triaryl- phosphane, welche in den Arylringen gegebenenfalls substituiert sein können. Die Wasserlöslichkeit der Palladium-Komplexe läßt sich durch folgenden Substituenten verbessern: Sulfonsäuresalz- gruppen, Sulfonsäuregruppen, Carbonsäuresalzgruppen, Carbonsäure- gruppen, Phosphonsäuresalzgruppen, Phosphonsauregruppen, Phospho- niumgruppen, Peralkylammoniumgruppen, Hydroxygruppen und Poly- ethergruppe .

Aus den Palladium-Ligandenkomplexen mit Palladium in der Oxidati- onsstufe 0 verwendet man vorzugsweise Tetrakis (triphenyl- phosphan)palladium und daneben Tetrakis [tri (o-tolyl)phosphan]pal- ladium.

In den Salzen des Palladiums, welche in Gegenwart von Komplexli¬ ganden verwendet werden, liegt das Palladium normalerweise in der zweifach positiven Oxydationsstufe vor. Bevorzugt verwendet man Palladiumacetat oder Palladiumchlorid.

In der Regel werden 2 bis 6 Äquivalente der vorstehend genannten Komplexliganden, insbesondere Triphenylphosphan, mit einem Äqui¬ valent des Palladiumsalzes kombiniert (vgl. z.B. J. Org. Chem. 49, Seite 5240 (1984) ) .

Im übrigen sind derartige lösliche Palladium-Komplexe allgemein bekannt (vgl. z.B. Angew. Chem. 105, Seite 1589 (1993)), so daß sich weitere Ausführungen hierzu erübrigen.

Metallisches Palladium verwendet man vorzugsweise in pulverisier¬ ter Form oder auf einem Trägermaterial, z.B. als Palladium auf Aktivkohle, Palladium auf Aluminiumoxid, Palladium auf Bariumcar- bonat, Palladium auf Bariumsulfat, Palladium auf Calciumcarbonat, Palladium auf Aluminiumsilikaten wie Montmorillonit, Palladium auf Si0 ₂ und Palladium auf Calciumcarbonat, jeweils mit einem Pal¬ ladiumgehalt von 0,5 bis 12 Gew.-%. Diese Katalysatoren können neben Palladium und dem Trägermaterial weitere Dotierstoffe, z.B. Blei, enthalten.

Besonders bevorzugt ist bei der Verwendung von gegebenenfalls auf Träger aufgezogenem, metallischem Palladium die Mitverwendung der vorstehend genannten Komplexliganden, insbesondere die Verwendung von Palladium auf Aktivkohle in Gegenwart von Triphenylphosphan als Komplexligand, wobei die Phenylgruppen im Triphenylphosphan vorzugsweise mit insgesamt ein bis drei Sulfonatgruppen substi¬ tuiert sind.

In der Regel werden 2 bis 3 Äquivalente der vorstehend genannten Komplexliganden pro Äquivalent des Palladiummetalls verwendet.

Der Palladium-Katalysator wird im erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Anteil von 0,01 bis 10, vorzugsweise 0,05 bis 5 und insbe¬ sondere 0,1 bis 3 Mol-% bezogen auf die Verbindung II eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem Zweiphasensystem aus wäßriger Phase und fester Phase, d.h. dem Katalysator, durchge¬ führt werden. Die wäßrige Phase kann dabei neben Wasser auch ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel enthalten.

Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete organische Lösungs¬ mittel sind beispielsweise Ether, z.B. Dimethoxyethan, Diethylen- glykoldimethylether, Tetrahydrofuran, Dioxan und tert. -Butylme-

thylether, Kohlenwasserstoffe, z.B. Hexan, Heptan, Cyclohexan, Benzol, Toluol und Xylol, Alkohole, z.B. Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, Ethylenglykol, 1-Butanol, 2-Butanol und tert. -Butanol, Ketone, z.B. Aceton, Ethylmethylketon und iso-Bu- tylmethylketon, Amide, z.B. Dimethylformamid, Dimethylaceta id und N-Methylpyrrolidon, jeweils einzeln oder im Gemisch.

Bevorzugte Lösungsmittel sind Ether, z.B. Dirnethoxyethan und Te- trahydrofuran, Kohlenwasserstoffe, z.B. Cyclohexan, Toluol und Xylol, Alkohole, z.B. Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol und tert. -Butanol, jeweils einzeln oder im Gemisch.

In einer besonders bevorzugten Variante werden im erfindungsgemä¬ ßen Verfahren Wasser, ein oder mehrere in Wasser unlösliche und ein öder mehrere in Wasser lösliche Lösungsmittel eingesetzt, beispielsweise Mischungen aus Wasser, Toluol und Ethanol oder Wasser, Toluol und Tetrahydrofuran, vorzugsweise jeweils im Volu¬ menverhältnis 1:2:1.

Die Gesamtmenge an Lösungsmittel liegt normalerweise bei 3000 bis 500 und vorzugsweise bei 2000 bis 700 g pro Mol der Verbindung II.

Zweckmäßigerweise werden zur Durchführung des Verfahrens die Ver- bindung II, die Borverbindung III, die Base sowie die katalyti- sche Menge des Palladium-Katalysators in eine Mischung aus Wasser und einem oder mehreren inerten organischen Lösungsmitteln gege¬ ben und bei einer Temperatur von 0 bis 150, vorzugsweise 30 bis 120 °C für einen Zeitraum von 1 bis 50, vorzugsweise 2 bis 24 Stunden gerührt.

Die Durchführung kann in üblichen für derartige Verfahren geei¬ gneten Apparaturen erfolgen, so daß sich weitere Ausführungen hierzu erübrigen.

Nach beendeter Umsetzung wird als Feststoff anfallender Palladi ^¬ um-Katalysator beispielsweise durch Filtration abgetrennt und das Rohprodukt vom Lösungsmittel bzw. den Lösungsmitteln befreit.

Bei nicht völlig wasserlöslichen Produkten werden wasserlösliche Palladium-Katalysatoren oder Komplexliganden bei der Trennung der Wasserphase vom Rohprodukt vollständig abgetrennt.

Anschließend kann nach dem Fachmann bekannten und dem jeweiligen Produkt angemessenen Methoden, z.B. durch Umkristallisation, De¬ stillation, Sublimation, Zonenschmelzen, Schmelzkristallisation oder Chromatographie weiter aufgereinigt werden.

Bei Reaktionsende als Feststoff vorliegender Katalysator läßt sich in der Regel leicht abtrennen, regenerieren und wieder dem Prozeß zuführen, wodurch eine Senkung der Verfahrenskosten und eine Entlastung der Abfallprodukte von Palladium erreicht wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich beispielsweise herstellen:

4' -Fluor-2-nitrobiphenyl 4' -Methyl-2-nitrobiphenyl

4' -Methoxy-2-nitrobiphenyl

4' -Brom-2-nitrobiphenyl

3' -Fluor-2-nitrobiphenyl

3' -Chlor-2-nitrobiphenyl 3' -Brom-2-nitrobiphenyl

3' -Methyl-2-nitrobiphenyl

3' -Methoxy-2-nitrobiphenyl

4'-Phenyl -2-nitrobiphenyl

4'-Trifluormethyl-2-nitrobiphenyl 4'-Fluor-4-nitrobiphenyl

4'-Chlor-4-nitrobiphenyl

4' -Brom-4-nitrobiphenyl

4' -Methyl-4-nitrobiphenyl

4' -Cyano-4-nitrobiphenyl 2-Nitrobiphenyl

4-Nitrobiphenyl

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert die Verbindungen I in ho¬ hen Ausbeuten bei sehr guter Reinheit.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Nitrobiphe- nyle eignen sich als Vorprodukte für Biphenylamine, welche ihrer¬ seits Zwischenprodukte sind für fungizide Pflanzenschutz-Wirk¬ stoffe (vgl. EP-A 545 099) .

Synthese von 4' -Chlor-2-nitrobiphenyl

Beispiel 1

Zu einer Lösung von 9,45 g 2-Nitrochlorbenzol und 10,3 g 4-Chlor- phenylboronsäure in 60 ml Tetrahydrofuran gab man eine Lösung von 9,6 g Natriumhydroxid in 60 ml Wasser unter Rühren und unter

Stickstoffatmosphäre. Anschließend versetzte man die Mischung mit 70 mg Palladium(II) acetat und 370 mg Triphenylphosphan. Die Mi¬ schung wurde unter Rühren solange am Rückfluß gekocht (70 °C) , bis das 2-Nitrochlorbenzol umgesetzt war (ca. 8 Stunden) . Nach dem Abkühlen wurde der Ansatz mit 80 ml Wasser und 80 ml tert.-Butyl - methylether versetzt und die organische Phase abgetrennt. Nach Filtration über 10 g Kieselgel und Verdampfen des Lösungsmittels erhielt man 13,95 g der Titelverbindung in einer Reinheit von 95 % (GC) .

Beispiel 2

Zu einer Lösung von 4,7 g 2-Nitrochlorbenzol und 5,6 g 4-Chlor- phenylboronsäure in 30 ml 1, 2-Dimethoxyethan gab man eine Lösung von 8 g Natriumcarbonat in 30 ml Wasser unter Rühren und unter Stickstoffatmosphäre. Anschließend versetzte man die Mischung mit 320 mg Palladium auf Aktivkohle (10 Gew.-%) und 320 mg Triphenyl¬ phosphan. Die Mischung wurde unter Rühren solange am Rückfluß ge¬ kocht, bis das 2-Nitrochlorbenzol umgesetzt war (ca. 22 Stunden) . Nach dem Abkühlen wurde der Ansatz mit 50 ml Wasser und 50 ml tert.-Butylmethylether versetzt und die organische Phase abge¬ trennt. Nach Filtration und Verdampfen des Lösungsmittels erhielt man 6,7 g der Titelverbindung in einer Reinheit von 92,7 % (GC) .