Gegebenenfalls substituierte Benzosäuren, wie etwa Methylsulfonylbenzoesäuren, oder Hydroxysulfonylanthanilsäuren spielen auf dem Pflanzenschutzsektor und Pharmasektor eine wichtige Rolle als Zwischenprodukte wie etwa in US-A 5 055 605 beschrieben.

Die Herstellung von verschiedenen Benzoesäuren durch unterschiedliche Oxidati- onsmethoden ausgehend vom korrespondierenden Methylbenzol (Toluol) ist in der Literatur mehrfach beschrieben.

So wird beispielsweise gemäß Chem. Rev. 1992,92, Seite 116 p-Xylol (Dimethyl- benzol) bei 160°C in Gegenwart von 0.02 Äquivalenten an Cr203 mit Sauerstoff in die korrespondierende p-Methylbenzoesäure umgesetzt. Die Benzoesäure wird dabei in einer Ausbeute von lediglich 17% erhalten.

US 3,878, 240 beschreibt beispielsweise die Herstellung von 2-Methoxy-5- methylsulphonylbenzoesäure durch Oxidation von 2-Methoxy-5-methylthio-toluol mit Kaliumchromat und Schwefelsäure bei 100°C. Die entsprechende Benzoesäure wird dabei in einer Ausbeute von 63% erhalten.

Eine weitere Variante ist aus EP 0 594 027 bekannt, wonach Methylsulfonyltoluole in Schwefelsäure in Gegenwart von Vanadium-oder Kobaltverbindungen mit Salpeter- säure und Luft bei Temperaturen von 130°C bis 170°C während 9 Stunden zu den korrespondierenden Methylsulfonylbenzoesäuren oxidiert werden.

Die Nachteile der bisher bekannten Oxidationsmethoden sind die für die Oxidation notwendigen hohen Temperaturen und/oder lange Reaktionszeiten und/oder die niedrigen erzielten Ausbeuten. Weiters ist bei vielen bekannten Oxidationsmethoden die Selektivität niedrig, wodurch während der Oxidation eine Vielzahl von Nebenpro- dukten gebildet werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher ein Oxidationsverfahren für gege- benenfalls substituierte Toluole zu finden, das die Nachteile bisher bekannter Varian- ten vermeidet und das die entsprechenden Benzoesäuren mit hoher Selektivität in hoher Ausbeute und Reinheit liefert.

Unerwarteterweise konnte diese Aufgabe durch eine Chrom-, Vanadium-oder Cer- katalysierte Oxidation mit einem geeigneten Oxidationsmittel in Schwefelsäure gelöst werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Oxidation von gegebenenfalls substituierten Toluolen der Formel in der X, Y und Z unabhängig voneinander Wasserstoff, Methylsulfonyl, Hydroxysul- fonyl, Nitro, Halogen oder gegebenenfalls substituiertes Phenyl bedeuten, zu den korrespondierenden Benzoesäuren der Formel (II) in der X, Y und Z wie oben definiert sind, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oxidation in Schwefelsäure bei einer Temperatur von 40-95°C gegebenenfalls in Gegenwart eines Übergansmetallkatalysators mit Wasserstoffperoxid, Kaliumpero- xodisulfat oder Kaliumperoxomonosulfat Triplesalz erfolgt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden gegebenenfalls substituierte Toluole der Formel (I) zu den korrespondierenden Benzoesäuren der Formel (II) oxidiert.

In den Formeln (I) und (II) bedeuten X, Y und Z unabhängig voneinander Wasserstoff, Methylsulfonyl, Hydroxysulfonyl, Nitro, Halogen oder gegebenenfalls substituiertes Phenyl.

Der Phenylrest kann dabei gegebenenfalls ein-oder mehrfach durch Phenyl substitu- iert sein.

Bevorzugt bedeutet einer der Reste X oder Y Methylsulfonylrest, Hydroxysulfonyl oder Nitro und Z Wasserstoff. Besonders bevorzugt bedeutet einer der Reste X oder Y einen Methylsulfonylrest und der andere einen Nitrorest.

Die als Edukte dienenden Toluole sind entweder käuflich erwerbbar oder durch bei- spielsweise aus WO 90/06301, US 5,648, 525 u. s. w. bekannte Verfahren herstellbar.

Die Oxidation wird dabei in Schwefelsäure als Reaktionsmedium durchgeführt. Be- vorzugt wird dabei 50 bis 98%-ige Schwefelsäure eingesetzt.

Gegebenenfalls kann als Hilfslösungsmittel Polyphosphorsäure in einer Menge von bis zu 30 Vol% zugesetzt werden. Bevorzugt werden dabei Gemische bestehend aus 90 Vol% Schwefelsäure und 10 Vol% Polyphosphorsäure eingesetzt.

Als Oxidationsmittel dient Wasserstoffperoxid, Kaliumperoxodisulfat oder Kaliumpe- roxomonosulfat Triplesalz (Oxonee ; Caro'sche Säure).

Wasserstoffperoxid wird dabei in Form einer 3-90% igen Lösung, bevorzugt als 20 bis 60 % ige Lösung eingesetzt. Besonders bevorzugt wird eine 30-50% ige Wasserstoff- peroxyd-Lösung eingesetzt.

Das Oxidationsmittel wird in einer Menge von 3 bis 40 mol pro Mol Toluol der Formel (I) zugesetzt.

Gegebenenfalls kann als weiteres Oxidationsmittel Sauerstoff zugeführt werden, der in der Regel in einer Menge von 10 bis 160 I/h, jeweils bezogen auf ein Reaktorvo- lumen von 200-500 ml, angewandt wird.

Die erfindungsgemäße Oxidation wird gegebenenfalls durch einen Übergangsmetall- katalysator aus der Gruppe Chrom, Vanadium oder Cer katalysiert.

Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Chromverbindungen sind dabei bei- spielsweise Natriumdichromat, Chromacetat, Chromoxide oder andere Chromsalze.

Geeignete Vanadiumverbindungen sind insbesondere Vanadiumpentoxid oder Am- moniummetavanadat (NH4V03). Die Verwendung von Vanadiumpentoxid ist bevor- zugt. Unter den Reaktionsbedingungen liegen die Vanadiumverbindungen in der Re- gel als Vanadium (V) sulfat vor.

Geeignete Cerverbindungen sind insbesondere Cer (lit) acetat und Cer (111) sulfat.

Der Katalysator wird dabei in einer Menge von 0,0001 bis 0,1 mol pro mol Toluol der Formel (I) eingesetzt. Bevorzugt ist eine Katalysatormenge von 0,001 bis 0,005 mol pro mol Toluol der Formel (I).

Gegebenenfalls kann ein geeigneter Co-Katalysator, wie etwa Silbersulfat, zugege- ben werden.

Die erfindungsgemäße Oxidation erfolgt bei einer Reaktionstemperatur von 40-95°C, bevorzugt von 60 bis 85°C.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zuerst gegebenenfalls der Katalysator in Schwefelsäure und Wasser aufgelöst, worauf das entsprechende Toluol der Formel (I) zugesetzt wird. Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf die gewünschte Re- aktionstemperatur erhitzt und sodann das Oxidationsmittel innerhalb von 1 bis 8 Stunden, bevorzugt innerhalb von 3 bis 7 Stunden zudosiert.

Nach beendeter Reaktion wird die Reaktionslösung auf-20°C bis +20 °C, bevorzugt auf 6 bis 8°C abgekühlt. Dabei fällt das gewünschte Produkt aus der Reaktionslö- sung aus und kann mittels Filtration isoliert werden. Das Rohprodukt wird mit Wasser gewaschen und getrocknet, wobei die entsprechende Benzoesäure in hoher Ausbeu- te und Reinheit erhalten wird.

Gegebenenfalls kann vor dem Abkühlen Wasser und anschließend eine wässrige Alkalihydroxydlösung zugesetzt werden, bis das Reaktionsgemisch einen pH Wert von 0 bis 1 erreicht hat.

Eine weitere Reinigung des Produktes erfolgt durch einfaches Lösen des Rohproduk- tes in Toluol bei 70-80 °C und anschließender Filtration.

Oder der Reaktionsansatz wird auf Eiswasser gegossen und mit einem geeigneten Extraktionsmittel, wie etwa Ethylacetat, Butylacetat, Methylethylketon, Isopropylether extrahiert. Nach Trocknung der organischen Phase wird das Lösungsmittel abge- trennt, worauf die entsprechende Benzoesäure in hohen Ausbeuten und in hohen Reinheiten von bis zu über 99% erhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die gewünschten gegebenenfalls substituierten Benzoesäuren unter Anwendung von milden Reaktionsparametern (Temperatur) in kurzer Zeit in hohen Ausbeuten und mit hoher Reinheit erhalten werden.

Ein weiterer Vorteil ist auch, dass unter den erfindungsgemäßen Bedingungen die kernständige Methylgruppe weitgehend zur Carboxylgruppe oxidiert wird, während beispielsweise die Methylsulfonylgruppe praktisch nicht angegriffen wird.

Beispiel 1 : 4-Methylsulfonyl-2-nitrobenzoesäure In 38 ml Schwefelsäure und 13 ml Wasser wurden 6,9 mg [0,023 mmol] Natriumdich- romat-dihydrat aufgelöst. Danach wurden 1,0 g [4,6 mmol] 4-Methylsulfonyl-2- nitrotoluol zugegeben. Die Reaktionsmischung wurde auf 60 °C erhitzt und 10,6 ml [93,5 mmol] 30%-ige Wasserstoffperoxydlösung innerhalb von 3 Stunden zudosiert.

Nach beendeter Reaktion wurde die Reaktionslösung auf 150 ml Eiswasser gegos- sen und mit Ethylacetat drei mal (3x100m1) extrahiert. Die organischen Phasen wur- den vereinigt, über Natriumsulfat getrocknet und sodann das Lösungsmittel abdestil- liert. Es wurde ein weißer Feststoff erhalten.

Ausbeute : 0,8g (70,9 % d. Theorie) 4-Methylsulfonyl-2-nitrobenzoesäure [245, 21] Gehalt (GC) : >99% Beispiel 2 : 4-Methylsulfonyl-2-nitrobenzoesäure In 22,3 ml (38,8 g) Schwefelsäure wurden 1,2 g [5,57 mmol] 4-Methylsulfonyl-2- nitrotoluol vorgelegt und die Lösung wurde auf 80 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurden innerhalb von 2 Stunden 12 Moläquivalente 30% ige Wasserstoffperoxidlö- sung zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde danach auf 8°C abgekühlt, der Nie- derschlag abgesaugt und mit Wasser gewaschen.

Man erhielt 0,75 g (55% d. Theorie) 4-Methylsulfonyl-2-nitrobenzoesäure.

Beispiel 3 : 4-Methyl-2-nitrobenzoesäure In 22,3 ml (38,8 g) Schwefelsäure wurden 1,2 g [5,57 mmol] 4-Methylsulfonyl-2- nitrotoluol vorgelegt und die Lösung wurde auf 80 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurden innerhalb von 2 Stunden 12 Moläquivalente 30% ige Wasserstoffperoxidlö- sung zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde danach mit 200 Gew. % Wasser, be- zogen auf das Reaktionsgemisch, und anschließend mit wässriger Alkalihydroxydlö- sung, versetzt bis ein pH von 0 bis 1 erreicht wurde und danach auf 8 °C abgekühlt.

Der so erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Das Produkt wurde im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Man erhielt : 0,9g (69 % d. Th.) 4-Methylsulfonyl-2-nitro-benzoesäure.

Beispiel 4 : 4-Methyl-2-nitrobenzoesäure In 479 g 98%-iger Schwefelsäure wurden 25 g [0,12 mol] 4-Methylsulfonyl-2- nitrotoluol aufgenommen und auf 80 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurden inner- halb von 5 Stunden 420 ml 50-% Wasserstoffperoxid zugetropft. Danach wurde die Reaktionslösung auf 6°C abgekühlt und der erhaltene Niederschlag abfiltriert und danach mit 50 ml Wasser nachgewaschen. Das Produkt wurde im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Man erhielt : 26 g (88 % d. Th.) 4-Methylsulfonyl-2-nitro-benzoesäure. Gehalt (GC) : 98,5% Beispiel 5 : 4-Methyl-2-nitrobenzoesäure In 479 g 98%-iger Schwefelsäure wurden 25 g [0,12 mol] 4-Methylsulfonyl-2- nitrotoluol aufgenommen und auf 80 °C erhitzt. Danach wird Sauerstoff (100 I/h) ein- geleitet. Bei dieser Temperatur wurden innerhalb von 5 Stunden 320 ml 50-% Was- serstoffperoxid zugetropft. Danach wurde die Reaktionslösung auf 6°C abgekühlt und der erhaltene Niederschlag abfiltriert und danach mit 50 ml Wasser nachgewaschen.

Das Produkt wurde im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Man erhielt : 26 g (88 % d. Th.) 4-Methylsulfonyl-2-nitro-benzoesäure. Gehalt (GC) : 98,5% Beispiel 6 : 4-Methyl-2-nitrobenzoesäure In 479 g 98%-iger Schwefelsäure wurden 25 g [0,12 mol] 4-Methylsulfonyl-2- nitrotoluol sowie 1g Vanadiumpentoxid aufgenommen und auf 80 °C erhitzt. Danach wird Sauerstoff (100 I/h) eingeleitet. Bei dieser Temperatur wurden innerhalb von 5 Stunden 320 ml 50-% Wasserstoffperoxid zugetropft. Danach wurde die Reaktions- lösung auf 6°C abgekühlt und der erhaltene Niederschlag abfiltriert und danach mit 50 ml Wasser nachgewaschen. Das Produkt wurde im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Man erhielt : 26 g (88 % d. Th.) 4-Methylsulfonyl-2-nitro-benzoesäure. Gehalt (GC) : 99,5%.

Beispiel 7 : 4-Methyl-2-nitrobenzoesäure In 479 g 98%-iger Schwefelsäure wurden 25 g [0,12 mol] 4-Methylsulfonyl-2- nitrotoluol sowie 1g Cer (lit) acetat aufgenommen und auf 80 °C erhitzt. Danach wird Sauerstoff (100 I/h) eingeleitet. Bei dieser Temperatur wurden innerhalb von 5 Stun- den 320 ml 50-% Wasserstoffperoxid zugetropft. Danach wurde die Reaktionslösung auf 6°C abgekühlt und der erhaltene Niederschlag abfiltriert und danach mit 50 ml Wasser nachgewaschen. Das Produkt wurde im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Man erhielt : 26 g (88 % d. Th.) 4-Methylsulfonyl-2-nitro-benzoesäure. Gehalt (GC) : 99,5%.

Beispiel 8 : 4-Methyl-2-nitrobenzoesäure In 479 g 98%-iger Schwefelsäure wurden 25 g [0,12 mol] 4-Methylsulfonyl-2- nitrotoluol sowie 1g Cer (lit) acetat aufgenommen und auf 80 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurden innerhalb von 5 Stunden 420 ml 50-% Wasserstoffperoxid zuge- tropft. Danach wurde die Reaktionslösung auf 6°C abgekühlt und der erhaltene Nie- derschlag abfiltriert und danach mit 50 ml Wasser nachgewaschen. Das Produkt wurde im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Man erhielt : 26 g (88 % d. Th.) 4-Methylsulfonyl-2-nitro-benzoesäure. Gehalt (GC) : 99,5%.

Beispiel 9 : 4-Methyl-2-nitrobenzoesäure In 45 g 98%-iger Schwefelsäure wurden 10 g [46,51 mmol] 4-Methylsulfonyl-2- nitrotoluol sowie 0,1 g Natriumdichromat und 0, 1g Silbersulfat aufgenommen und auf 80 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurden innerhalb von 3 Stunden 6 Äquivalente bezogen auf das Startmaterial Kaliumperoxodisulfat (K2S208) zugegeben. Nach be- endeter Reaktion wurde die Reaktionslösung auf 8°C abgekühlt und der erhaltene Niederschlag abfiltriert und danach mit 50 ml Wasser nachgewaschen. Das Produkt wurde im Vakuum bei 50°C getrocknet.

Man erhielt : 9 g (78 % d. Th.) 4-Methylsulfonyl-2-nitro-benzoesäure. Gehalt (GC) : 98%.