S- (4-Binhenyl)-thioschwefelsäuren und ihre Salze, Verfahren zu deren Herstel- lung und die Herstellung von 4-Mercaptobiphenylen Die vorliegende Erfindung betrifft neue S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäuren und deren Salze, ein Verfahren zu deren Herstellung ausgehend von S-(4-Biphenyl)-sulfinsäuren und deren Salzen und die Herstellung von 4-Mercaptobiphenylen aus den S- (4-Bi- phenyl)-thioschwefelsäuren und ihren Salzen.

4-Mercaptobiphenyle sind wichtige Zwischenprodukte zur Herstellung von pharma- zeutischen und agrochemischen Wirkstoffen (siehe z. B. BE-A 887 423, US-A 3 912 757 und WO 96/25 936). Es sind schon einige Verfahren zur Herstellung von 4-Mercaptobiphenylen bekannt geworden, diese sind jedoch alle nicht befriedigend.

So kann man Biphenylsulfochlorid mit amalgamiertem Zink, metallischem Zinn oder Zinn (II)-chlorid reduzieren (siehe z. B. J. A. C. S. 66 1674 (1944), Chem. Ber. 13,386 (1880) und Ann. Univ. Marie Curie-Sklodowska, Section Aa, Volume Date 1966 No. 21,65 bis 83 (1967)). Bei allen diesen Verfahren fallen Schwermetallsalze enthal- tende Abwässer an, deren Entsorgung großen Aufwand erfordert.

Man kann auch 4-Aminodiphenyl diazotieren, anschließend mit Kaliumethylxanthat umsetzen und den erhaltenen Thioester verseifen (siehe DE-A 23 17 142, S. 34 bis 35). Hierbei ist wasserlösliches Nickelchlorid einzusetzen, das ebenfalls ins Abwasser gelangt und dort großen Aufwand für die Entsorgung erfordert.

Die Umsetzung von p-Hydroxybiphenyl mit Dimethylthiocarbamoylchlorid, anschlie- ßender Newman-Kwart-Umlagerung und abschließender Verseifung (siehe J. Het.

Chem. 15,281 (1978) und WO 96/25 936) liefert 4-Mercaptobiphenyl lediglich in 39 % iger Ausbeute.

Wenn man 4-Brombiphenyl mit Natriummethyl-oder-ethylsulfid umsetzt und den entstehenden Thioether spaltet, so erhält man nur dann gute Ausbeuten an

4-Mercaptobiphenyl (z. B. 96 % d. Th.), wenn man die Handhabung des krebserregen- den Hexamethylphosphorsäuretriamids in Kauf nimmt (siehe Tetrahedron Lett. 21 3099 (1980)). Andere Lösungsmittel, z. B. Dimethylformamid ergeben nur deutlich geringere Ausbeuten an 4-Mercaptobiphenyl (z. B. 67 % d. Th.-siehe Synthesis 9,751 (1983)).

Die Reaktion von 4-Brombiphenyl mit elementarem Schwefel und die Spaltung des Reaktionsproduktes mit Lithiumaluminiumhydrid zu 4-Mercaptobiphenyl erfordert den Einsatz des schwierig zu handhabenden Lithiumaluminiumhydrids (siehe Tetrahe- dron Lett. 13,1283 (1972).

Es sind auch von aromatischen Sulfochloriden und aromatischen Disulfiden ausge- hende Reduktionsverfahren zur Herstellung von 4-Mercaptobiphenyl bekannt. Die Reduktion mit Wasserstoff und Edelmetallkatalysatoren erfordert jedoch Tempera- turen bis 150°C und Drucke bis 150 bar (siehe EP-A 2755), diejenige mit rotem Phosphor und Iod führt zu einem Zwangsanfall von Phosphorsäure und Chlorwasser- stoff (siehe Chem. Ber. 99,375 (1966)) und benötigt den nur schwierig zu handha- benden roten Phosphor.

Schließlich ist bekannt, daß Buntesalze, d. h. Salze des Typs R-S-SO3M (R = orga- nischer Rest, M = einwertiges Metall), in wäßrig-sauren Medien im allgemeinen zu Thiolen hydroysieren (siehe Angew. Chem. 79,525 (1967)). Im vorliegenden Fall ergaben sich dabei aber Disulfide.

Es wurden nun S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäuren und Salze davon gefunden, die der Formel (I) entsprechen

in der A für Wasserstoff, ein Äquivalent eines Metallatoms oder gegebenenfalls substi- tuiertes Ammonium und R und R'unabhängig voneinander jeweils für Wasserstoff, C1-C6-Alkyl, CI-C6-Alkoxy oder Halogen stehen.

In Formel (I) stehen vorzugsweise <BR> <BR> A für Wasserstoff, Natrium, Kalium, I/2 Calcium, l/2 Magnesium, 1/2 Zink, NH4 oder mit l bis 4 Cl-C6-Alkylresten substituiertes NH4 und R und R'unabhängig voneinander jeweils für Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Methoxy, Ethoxy, Fluor oder Chlor.

Besonders bevorzugt stehen in Formel (I) A für Wasserstoff oder Natrium und R und R'für Wasserstoff.

Weiterhin wurde ein Verfahren zur Herstellung von S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäu- ren und deren Salzen der Formel (I) gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man S- (4-Biphenyl)-sulfinsäuren oder deren Salze der Formel in der

A, R und R'die bei Formel (I) angegebene Bedeutung haben, mit einer wäßrigen Bisulfitlösung bei einem pH-Wert im Bereich von 2 bis 7 umsetzt.

Die bevorzugten und besonders bevorzugten Bedeutungen von A, R und R'sind auch bei Formel (II) wie bei Formel (I) angegeben.

Die als Ausgangsprodukte benötigten S- (4-Biphenyl)-sulfinsäuren und deren Salze der Formel (II) sind teilweise bekannt und auf bekannte Weise oder analog dazu herstell- bar (siehe Ann. Univ. Marie Curie-Sklodowska, Section Aa, Volume Date 1966, No.

21,49 bis 64 (1967). Die jeweilige Verbindung der Formel (II) muß nicht in reiner Form eingesetzt werden. Sie kann gegebenenfalls z. B. bis zu 25 Gew.-% der entspre- chenden Biphenylsulfonsäure und/oder deren Salze enthalten. Vorzugsweise setzt man die jeweilige Verbindung der Formel (II) in Form des Natriumsalzes ein.

Ganz besonders bevorzugt wird das Natriumsalz der S-(4-Biphenyl)-sulfinsäure ein- gesetzt.

Als wäßrige Bisulfitlösungen können insbesondere wäßrige Alkalibisulfitlösungen eingesetzt werden, wie man sie beispielsweise erhält, wenn man Schwefeldioxid oder schweflige Säure in eine wäßrige Natronlauge oder eine wäßrige Natriumcarbonat- lösung einleitet oder Natriumdisulfit (Na2S2O) in Wasser auflöst. Neben Hydrogen- sulfitionen kann die wäßrige Bisulfitlösung z. B. zusätzlich Sulfitionen, schweflige Säure oder gelöstes Schwefeldioxid enthalten. Die wäßrige Bisulfitlösung kann z. B. 10 bis 50 gew.-% ig sein, vorzugsweise ist sie 25 bis 45 gew.-% ig. Bezogen auf l Mol eingesetzter Verbindung der Formel (II) kann man beispielsweise so viel wäßrige Bi- sulfitlösung einsetzen, wie 1 bis 5 Molen Bisulfit entspricht. Vorzugsweise liegt diese Menge bei 1,5 bis 3 Molen.

Wenn das Reaktionsgemisch nach dem Zusammenfügen von S- (4-Biphenyl)-sulfin- säure bzw.-salz der Formel (II) und wäßriger Bisulfitlösung einen pH-Wert außerhalb

des Bereiches von 2 bis 7 aufweist, ist es noch erforderlich, den pH-Wert in den Bereich 2 bis 7 zu bringen, im einfachsten Fall durch Zugabe von wäßriger Salzsäure.

Vorzugsweise führt man die Umsetzung mit der wäßrigen Bisulfitlösung bei einem pH-Wert von 3 bis 5 durch, der gegebenenfalls durch Säurezugabe, z. B. durch Zu- gabe von wäßriger Salzsäure, eingestellt werden kann. Je saurer man arbeitet und je länger man die Behandlung in stärker saurem Milieu durchführt je mehr besteht die Gefahr, daß die Reaktion nicht auf der Stufe der S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäuren und deren Salzen der Formel (II) stehenbleibt, sondern bereits die Bildung von ent- sprechenden Bisdiphenyldisulfiden der Formel (IV) erfolgt (siehe weiter unten). Dies kann erwünscht sein (siehe weiter unten).

Der Umsetzung mit der wäßrigen Bisulfitlösung kann man gegebenenfalls noch Was- ser zusetzen, z. B. in einer Menge bis zu 5, vorzugsweise bis zu 3 Gew.-Teilen, bezo- gen auf einen Gewichtsteil der eingesetzten Verbindung der Formel (II).

Die Umsetzung mit der wäßrigen Bisulfitlösung kann man z. B. bei Temperaturen im Bereich 50 bis 200°C durchflihren. Bevorzugt sind 120 bis 170°C. Wenn man bei Temperaturen oberhalb dem Siedepunkt (bei Normaldruck) des Reaktionsgemisches arbeiten will ist der Einsatz von geschlossenen und druckdichten Reaktoren erforder- lich. Beispielsweise können in solchen Fällen Drucke bis zu 12 bar auftreten.

Nach Beendigung der Reaktion kann man das erhaltene Salz der S- (4-Biphenyl)-thio- schwefelsäure z. B. in roher Form abtrennen, wenn man das Reaktionsgemisch ab- kühlt, z. B. auf Raumtemperatur, den dann vorliegenden Niederschlag abfiltriert und gegebenenfalls trocknet. Falls gewünscht kann man das Produkt weiter reinigen, z. B. indem man es mit siedendem Ethanol extrahiert.

Aus dem erhaltenen Salz einer S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäure, in der Regel ist es das Natriumsalz, kann man die entsprechende S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäure durch an sich bekannte Methoden freisetzen. Bevorzugt setzt man aus dem Salz einer sol-

chen Thioschwefelsäure die entsprechende Thioschwefelsäure durch Umsetzung an einem sauren Ionenaustauscher frei.

Aus freien S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsauren kann man durch Neutralisation mit ei- ner entsprechenden Base beliebige Salze der jeweiligen S- (4-Biphenyl)-thioschwefel- säure herstellen.

Es wurde auch ein Verfahren zur Herstellung von 4-Mercaptobiphenylen der Formel (III) gefunden in der R und R'die bei Formel (I) angegebene Bedeutung haben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man der Formel (I) entsprechende S- (4-Bi- phenyl)-thioschwefelsäuren oder deren Salze in Gegenwart einer starken wäßrigen Säure erhitzt und das dabei entstehende Bisdiphenyldisulfid der Formel in der R und R'die bei Formel (I) angegebene Bedeutung haben, reduziert.

Als starke wäßrige Säuren kann man z. B. Schwefelsäure mit Konzentrationen von beispielsweise 0,05 bis 30, vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-% einsetzen. Die Säuremenge kann z. B. so gewählt werden, daß im Reaktionsgemisch ein pH-Wert im Bereich von 0 bis 2 resultiert. Die Temperaturen für die Behandlung mit der starken wäßrigen Säure können z. B. im Bereich 50 bis 200°C, vorzugsweise im Bereich 80 bis 170°C liegen.

Aus dem Reaktionsgemisch kann man das hergestellte Bisdiphenyldisulfid isolieren, indem man das Reaktionsgemisch abkühlt, z. B. auf Raumtemperatur, und den dann vorliegenden Niederschlag abfiltriert und gegebenenfalls trocknet.

Die Reduktion des jeweiligen Bisdiphenyldisulfids der Formel (IV) zum entsprechen- den 4-Mercaptobiphenyl der Formel (III) kann beispielsweise nach bekannten Metho- den erfolgen wie durch Reduktion mit Natriumborhydrid (siehe DE-A 44 20 777) durch katalytische Reduktion mit Molybdänsulfid-Katalysatoren bei hohen Drucken (siehe J. Org. Chem. 24,1598 (1959) oder durch katalytische Reduktion mit Palladi- umkatalysatoren, Raney-Cobalt oder Raney-Nickel bei hohen Drucken in einem flüs- sigen 2-Phasensystem (siehe DE-A 17 68 421 und JP-OS 60 199 871).

Bevorzugt führt man diese Reduktion jedoch als katalytische Reduktion mit Metall- katalysatoren der 8. Nebengruppe des PSE oder mit Katalysatorem vom Raney-Typ in alkoholischer Lösung und in Gegenwart alkalisch reagierender Verbindungen durch, beispielsweise bei Temperaturen im Bereich 20 bis 200°C und Drucken bis zu 50 bar.

Derartige Reduktionen sind der Gegenstand einer anderen Patentanmeldung, die gleichzeitig vom gleichen Anmelder angemeldet wurde.

Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von 4-Mercaptobiphenylen der Formel (III) aus Diphenylsulfinsäuren und deren Salzen der Formel (II) ist es nicht erforderlich, die gebildeten S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäuren und deren Salze der Formel (I) zu iso- lieren. Man kann bei der Umsetzung mit wäßriger Bisulfitlösung für die Bildung von Bisdiphenyldisulfiden der Formel (IV) geeignete pH-Werte während oder nach der

Reaktion einstellen und/oder ausreichend lange Reaktionszeiten anwenden und so ohne Isolierung der S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsauren oder deren Salzen der Formel (I) direkt zum entsprechenden Bisdiphenyldisulfid der Formel (IV) gelangen.

Das jeweilige Bisdiphenyldisulfid der Formel (IV) muß in die Reduktion, insbesondere wenn man diese auf die oben angegebene bevorzugte Weise durchführen möchte, nicht in reiner Form eingesetzt werden. Man kann beispielsweise den bei der Her- stellung anfallenden, noch feuchten Filterkuchen mit Alkohol, einer alkalisch reagie- renden Verbindung und Katalysator vermischen und danach die Hydrierung durchfüh- ren.

Man kann die S- (4-Biphenyl)-sulfinsäuren und deren Salze der Formel (II), die man für die erfindungsgemäße Herstellung von 4-Mercaptobiphenylen der Formel (III) benötigt, auch in situ herstellen, indem man ein entsprechendes Diphenyl-4-sulfo- chlorid der Formel in der R und R'die bei Formel (I) angegebene Bedeutung haben, bei einem pH-Wert im Bereich 6 bis 10 mit wäßriger Bisulfitlösung bei 40 bis 80°C umsetzt, danach SO2 zugibt und auf 70 bis 180°C erhitzt. Man erhält dabei ohne Zwi- schenisolierung der jeweiligen S- (4-Biphenyl)-sulfinsäuren oder deren Salzen der Formel (II) und ohne Isolierung der jeweiligen S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäuren oder deren Salzen der Formel (I) direkt Bisdiphenyldisulfide der Formel (IV).

Bei dieser Verfahrensweise liegt der pH-Wert bei der Umsetzung mit wäßriger Bi- sulfitlösung vorzugsweise bei 7,5 bis 9 und die Temperatur nach dem Einleiten von

S02 vorzugsweise bei 90 bis 160°C. Arbeitet man oberhalb der Siedetemperatur des Reaktionsgemisches (bei Normaldruck) so sind geschlossene und druckfeste Reak- tionsgefäße einzusetzen.

Die vorliegende Erfindung stellt ein über die neuen S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäuren oder deren Salze der Formel (I) verlaufendes Verfahren zur Herstellung entsprechen- der 4-Mercaptobiphenyle der Formel (III) zur Verfügung, das eine Reihe von Vortei- len aufweist. So fallen keine schwermetallhaltigen Abwässer an, die 4-Mercaptobi- phenyle der Formel (III) werden in hohen Ausbeuten erhalten, es sind kein besonderer Aufwand zur Handhabung krebserregender Lösungsmittel und keine schwierig zu handhabenden Reagentien erforderlich, es fallen keine Koppelprodukte an und hohe Drucke können vermieden werden. Die Summe dieser positiven Effekte ist ausge- sprochen überraschend, da in Angew. Chem. 79,525 (1967) beschrieben ist, daß die saure Hydrolyse von Bunte-Salzen eine allgemein geeignete Methode zur Gewinnung von Thiolen sei. Das ist im vorliegenden Fall nicht so. Unter den beschriebenen Be- dingungen wurden hier die Bisdiphenyldisulfide gebildet. Diese müssen reduktiv zu Mercaptan gespalten werden. Es ist insbesondere überraschend, dal3 trotz der vielen Stufen Biphenylsulfochloride so auf dem Weg über S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäu- ren in hohen Ausbeuten in 4-Mercaptobiphenyl überführt werden.

Beispiele Beispiel 1 Herstellung einer Verbindung der Formel (I) aus einer Verbindung der Formel (II) 140 g Diphenylsulfinsäure-Natriumsalz (Gehalt 66,8 Gew.-%, neben 10,5 Gew.-% Diphenylsulfonsäure-Natriumsalz) wurden in 200ml Wasser mit 210ml wäßriger Bisulfitlösung (39 gew.-% ig) verrührt. Mit 37 gew.-% iger wäßriger Salzsäure wurde ein pH-Wert von 4 eingestellt. Diese Mischung wurde in einem Autoklaven auf 150°C erhitzt und dann 2 Stunden bei 150°C und einem Druck zwischen 4,1 und 4,3 bar gerührt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur saugte man die entstandene Sus- pension ab und trocknete den isolierten Feststoff. So wurden 126,4 g rohe S- (4-Bi- phenyl)-thioschwefelsäure als Natriumsalz mit einer Ausbeute von 78 % d. Th. erhal- ten. Als Nebenprodukte wurden mittels HPLC außer mitgeschleppter Biphenylsulfon- säure noch unumgesetzte Sulfinsäure festgestellt, aber kein Bis-diphenyl-disulfid. Der isolierte Feststoff wurde mit siedendem Ethanol extrahiert. Beim Abkühlen des Ex- traktes fiel S- (4-Biphenyl) thioschwefelsäure-Natriumsalz als Monohydrat aus. Das isolierte Produkt wies die für Buntesalze charakteristischen IR-Absorptionsbanden auf. Die Elementaranalyse ergab folgende Erlebnisse (ber./gef.) : C 47,1/47,4 ; H 3,6/3,6 ; O 20,9/20,0 ; S 20,9/20,9 ; Na 7,5/8,0.

Beispiel 2 Herstellung einer Verbindung der Formel (IV) aus einer Verbindung der Formel (I) 100 ml 10 gew.-% ige wäßrige Schwefelsäure wurden vorgelegt und auf 100°C er- hitzt, dann 17 g der Rohsubstanz aus Beispiel 1 zugefügt Nach kurzer Zeit fiel aus der anfänglich nur schwach getrübten Lösung bei einem pH-Wert von 0 ein weißer Feststoff aus. Nach 30-minütigem Rühren bei 100°C wurde der Ansatz auf Raumtem- peratur abgekühlt, dann abgesaugt. Der isolierte Feststoff wurde bei 50°C 200 mbar getrocknet und so 8,2 g Bisdiphenyldisulfid mit einem Gehalt von 86,3 Gew.-% (HPLC) erhalten. S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäure konnte darin nicht mehr. nachge- wiesen werden.

Beispiel 3 Herstellung einer Verbindung der Formel (IV) aus einer Verbindung der Formel (V) 440 ml wäßrige Bisulfitlösung (39 gew.-% ig) und 550 ml Wasser wurden mit 125 ml wäßriger Natronlauge (45 gew.-% ig) vorgelegt und mit 2,2 g Triethylbenzylammoni- umchlorid versetzt. Die Mischung wurde auf 60°C erwärmt. Im Laufe einer Stunde wurden 289,5 g Diphenyl-4-sulfochlorid (96 gew.-% ig) eingetragen und gleichzeitig der pH-Wert durch Zudosierung von 45 gew.-% iger wäßriger Natronlauge auf 8 ge- halten. Die pH-Kontrolle wurde auch während der 3-stündigen Nachrührzeit durchge- führt. Danach wurde das Reaktionsgemisch in einem Email-Autoklaven mit 80 ml Schwefeldioxid versetzt und 3 Stunden auf 130°C erhitzt. Der Ansatz wurde 6 Stun- den bei 130°C und einem Druck zwischen 4,4 und 6,9 bar gerührt. Dabei wurde die Stufe zur S- (4-Biphenyl)-thioschwefelsäure durchlaufen. Anschließend wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, entspannt und die erhaltene Suspension abgesaugt. Der Nutschkuchen wurde getrocknet und 237,4 g Bisdiphenyldisulfid mit einem Gehalt von 78,3 Gew.-% erhalten. Das entspricht einer Ausbeute von 91,2 % d. Th.

Beispiel4 Herstellung einer Verbindung der Formel (III) aus einer Verbindung der Formel (IV) 314 g Bisdiphenyldisulfid (erhalten entsprechend Beispiel 3) wurde als feuchter Nutschkuchen mit 1 l Ethanol angeschlämmt und mit 44 g Natriumhydroxid und 24,7 g Natriumborhydrid versetzt. Das so erhaltene Gemisch wurde 6 Stunden bei 70°C gerührt dann die entstandene Suspension bei 70°C abgesaugt. Der Filterrück- stand wurde mit 250 ml Ethanol gewaschen. Das Filtrat und die Waschflüssigkeit wurden vereinigt und mit 900 ml 7 gew.-% iger wäßriger Salzsäure auf einen pH-Wert von 1 eingestellt. Das ausfallende Produkt wurde abgesaugt, mit 500 ml Wasser ge- waschen und getrocknet. Man erhielt 174,2 g eines weißen Pulvers mit einem Schmelzpunkt von 111 bis 113°C. Sein Gehalt an 4-Mercaptobiphenyl lag bei 98,3 Gew.-% (iodometrisch bestimmt). Das entspricht einer Ausbeute von 83,6 % d. Th. bezogen auf eingesetztes Diphenyl-4-sulfochlorid.

Beispiel 5 Herstellung einer Verbindung der Formel (III) aus einer Verbindung der Formel (IV) 270 g Bisdiphenyldisulfid wurden wie in Beispiel 3 hergestellt und als feuchter Nutschkuchen mit 800 ml Ethanol angeschlämmt sowie mit 44 g Natriumhydroxid und 5,5 g Raney-Nickel versetzt. Die Mischung wurde in einem Autoklaven auf 80°C erwärmt und dann 10 bar Wasserstoff aufgedrückt. Die Wasserstoffaufnahme war nach 4 Stunden beendet. Der Ansatz wurde gekühlt und entspannt. Nach Absaugen bei 60°C wurde die Mutterlauge mit 840 ml 5,4 gew.-% iger wäßriger Salzsäure ange- säuert, wobei das Produkt ausfiel. Es wurde abgesaugt, mit 250 ml Wasser gewaschen und getrocknet. So wurden 178,8 g eines weißen Pulvers mit einem Schmelzpunkt von 110 bis 112°C erhalten. Der Gehalt an 4-Mercaptodiphenyl lag bei 91,8 Gew.-% (iodometrisch bestimmt). Das entspricht einer Ausbeute von 80,1 % d. Th., bezogen auf eingesetztes Diphenyl-4-sulfochlorid.