AT265236B - Verfahren zur Herstellung von Aminomethylenmalononitril - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von Aminomethylenmalononitril 
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Aminomethylenmalononitril. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man Formamidin oder ein Salz dieser Verbindung in Gegenwart eines schwach basischen Kondensationsmittels mit Malononitril kondensiert. 



   Aminomethylenmalononitril kann als wichtiges Zwischenprodukt in der Synthese von Vitamin   Bl   verwendet werden. Die Ausgangsmaterialien Formamidin und Malononitril sind im Handel erhältliche, bekannte Verbindungen. 



   Als Kondensationsmittel verwendet man eine schwache Base, die entweder organischer oder anorganischer Natur sein kann. Geeignete schwache Basen sind   z. B. Ammoniak :   Ammoniumsalze, wie Ammoniumcarbonat oder Ammoniumacetat ; Salze von Alkalimetallen mit schwachen Säuren, wie Alkalimetallcarbonate, z. B. Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat ; Alkalimetallacetate, wie Natriumacetat oder Kaliumacetat ; Erdalkalimetallsalze mit schwachen Säuren, wie Kalziumcarbonat oder Kalziumacetat ; organische Basen, wie Monoalkylamine, z. B. Äthylamin oder Methylamin ; Dialkylamine, z. B. Diäthylamin oder   Methyläthylamin ;   Trialkylamine, z. B. Triäthylamin ; oder Äthylendiamin. Als besonders geeignetes Kondensationsmittel hat sich Ammoniak erwiesen. Starke Basen, wie Alkalimetallhydroxyde, z. B.

   Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd oder Alkalimetallalkoholate, z. B. Natriummethylat oder Natriumäthylat, sind als Kondensationsmittel für das erfindungsgemässe Verfahren nicht geeignet. Im erfindungsgemässen Verfahren können beliebige inerte organische Lösungsmittel verwendet werden. Die Reaktion wird bevorzugt in einem Alkohol, wie einem niederen Alkanol, z. B. Methanol, Äthanol oder Mischungen dieser Alkohole, durchgeführt. Man kann auch andere inerte organische Lösungsmittel, wie Kohlenwasserstoffe, z. B. Benzol, verwenden. Die Reaktion kann aber auch in Abwesenheit eines Lösungsmittels zur Durchführung gelangen, z. B. durch Auflösen der Reaktionsteilnehmer im Kondensationsmittel, z. B. in flüssigem Ammoniak oder in einer flüssigen organischen Base. 



   Die Kondensation kann in der Weise durchgeführt werden, dass man Formamidin und Malononitril mit einer schwachen Base in einem geeigneten Lösungsmittel vermischt und das Gemisch reagieren lässt. Die Reaktionsteilnehmer können in jedem Molverhältnis eingesetzt werden. Um hohe Ausbeuten an Endprodukt zu erhalten, empfiehlt es sich aber, Formamidin und Malononitril in etwa gleichen molaren Mengen einzusetzen. Ein leichter Überschuss an Formamidin ist bevorzugt. Mit Vorteil verwendet man mindestens etwa 0, 5 Mol schwache Base pro Mol Malononitril. In einer bevorzugten Ausfüh- 
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   : Malononitril :etwa 1, 0 bis 1, 5 : 1, 0 : 1, 25.    



   Das Formamidin wird zweckmässig dem Reaktionsgemisch in Form eines Salzes zugesetzt. Als Formamidinsalz kann ein beliebiges Säureadditionssalz,   z. B.   ein mineralsaures Salz wie das Chlorid, Bromid, Jodid, Sulfat oder Phosphat : ein Salz mit einer Carboxylsäure wie das Acetat ; oder ein sulfon- 

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 saures Salz verwendet werden. 



   Die Kondensation setzt bereits beim Mischen der Reaktionsteilnehmer ein ; die Reaktionszeit ist nicht von entscheidender Bedeutung. Optimale Ausbeuten werden jedoch nach etwa 1 bis 2, 5 h erzielt. 



  Die Reaktion kann bei Raumtemperatur oder unterhalb oder oberhalb der Raumtemperatur durchgeführt werden. Ein bevorzugter Temperaturbereich für die Kondensation liegt zwischen   etwa-100   C und etwa +300 C. 



   Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Formamidinsalz, bevorzugt das Hydrochlorid, in alkoholischer Lösung mit einer alkoholischen Lösung vonMalononitril beiRaumtemperatur vermischt. Das Reaktionsgemisch wird mit einem Überschuss an Ammoniak behandelt und auf ungefähr 0 bis 100 C abgekühlt. Die abgekühlte Mischung wird durch Filtration von ausfallenden Salzen befreit. Es bleibt eine alkoholische Lösung von Aminomethylenmalononitril zurück. 



   Die erhaltene alkoholische Lösung von Aminomethylenmalononitril kann unmittelbar zu Vitamin B weiterverarbeitet werden. Wahlweise kann man das Kondensationsprodukt auch nach an sich bekannten Methoden weiter reinigen, z. B. durch Extraktion mit Äthylacetat und Wasser. 



   Nach einer andern Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Kondensation von Formamidin und Malononitril dadurch erzielt, dass man ein Formamidinsalz, z. B. Formamidinhydrochlorid, mit einem Kationenaustauscherharz behandelt und das gebildete Formamidin-Harz-Salz mit Malononitril behandelt, wobei das Formamidin gleichzeitig mit dem Malononitril kondensiert und vom Ionenaustauscher entfernt wird. Bei dieser Methode wird das Kationenaustauscherharz als Reaktor verwendet. Das Verfahren wird in zwei Stufen ausgeführt, eine spezifische Ausführungsform hievon ist aus der folgenden Reaktionsfolge ersichtlich. 
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   In den obigen Formeln bedeutet das Symbol R ein unlösliches, polymeres Anion, d. h. den Harzanteil eines sulfonsauren Kationenaustauscherharzes. 



   Die Stufe (a) ist ein Beladungsvorgang, wobei eine Lösung   von Formamidin, z. B.   eine alkoholische Lösung von Formamidin, mit einem Kationenaustauscherharz behandelt wird. Die Harzbehandlung wird zweckmässig durch Aufgeben der Formamidinlösung auf eine Kationenaustauscherharzsäule erzielt. Das Formamidin bleibt an der Säule als Formamidin-Harz-Salz, während die Verunreinigungen aus der Säule mit dem Lösungsmittel ausgewaschen werden. Die bei diesem Arbeitsgang gebildete überschüssige Säure kann durch Waschen mit einem Lösungsmittel entfernt werden. Erwünschtenfalls kann die Harzsäule nach der Beladung mit zusätzlichem Lösungsmittel gewaschen werden. Als Kationenaustauscherharz in der oben beschriebenen Kondensationsreaktion werden zweckmässig Harze, die Säuregruppen, wie Sulfonsäuregruppen enthalten, verwendet. Es können   z.

   B.   unlösliche, sulfonierte Polymerisate einer Polyvinylarylverbindung eingesetzt werden. Bevorzugt verwendet man ein sulfoniertes Harz des Styrol-Divinylbenzol-Typs. Handelsübliche, für die oben beschriebene Kondensation einsetzbare Harze sind   z. B. Amberlyst-15, Amberlite-IR   120, Amberlite 200 (Hersteller : Rohm und Haas Co.) und Dowex 50 (Hersteller : Dow Chemical Co. ) usw. Beim Beladen des Kationenaustauscherharzes mit Formamidin wird die Behandlung mit der Formamidinsalzlösung zweckmässig so weit fortgeführt, bis die Konzentration an Formamidin im Harz mindestens etwa 5   Gel.-% erreicht   hat.

   Vorzugsweise setzt man die Behandlung mit der Formamidinsalzlösung fort, bis sich ein Gleichgewicht ausgebildet hat, was bei Amberlyst-15 etwa bei einer Konzentration von 16   Gel.-%   Formamidin im Harz der Fall ist. 



   In der Stufe (b) wird das Formamidin vom Harz durch Kondensation mit Malononitril unter Bildung von Aminomethylenmalononitril entfernt. Die Kondensation wird durch Behandeln des Formamidin- 

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Harz-Salzes der Stufe (a) mit Malononitril und einer schwachen Base durchgeführt. Das Malononitril und die Base werden bevorzugt in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z. B. Alkohol oder Wasser, ge- löst. Die Kondensation wird zweckmässig an einer Ionenaustauschersäule durchgeführt, wobei eine ge- mäss Stufe (a) mit Formamidin behandelte Kationenaustauscherharzsäule mit einer alkoholischen Lö- sung von Malononitril und einer Base eluiert wird. Das Aminomethylenmalononitril kann vom Eluat nach an sich bekannten Methoden, wie z. B. Einengen der Lösung und Ausfällen des Produktes, gewon- nen werden.

   Das Aminomethylenmalononitril-Eluat kann indessen ohne weitere Reinigung für die Syn- these von Vitamin B. verwendet werden. 



   Die gemäss dem obigen Verfahren gebildeten Formamidinsalze mit sulfonsauren Kationenaustauscherharzen sind neue Produkte. Der anionische Rest dieser neuen Harzsalze, d. h. der Harzanteil, be- steht zweckmässig aus einem sulfonierten Polymeren einer vinylaromatischen Verbindung. Insbesondere stellt der anionische Rest ein unlösliches, sulfoniertes Polymerisat einer Mischung einer Polyvinylaryl- verbindung und einer Monovinylarylverbindung dar. Die neuen Harzsalze leiten sich bevorzugt von kernsulfonierten Kationenaustauscherharzen ab, die eine mit etwa   85o   Divinylbenzol vernetzte Polystyrolmatrix enthalten. 



   Ein der obigen Beschreibung entsprechendes und für die Herstellung von Aminomethylenmalono- nitril verwendbares Formamidinharzsalz ist insbesondere dasjenige von Formamidin und Amberlyst-15.
Amberlyst ist ein von Rohm und Haas Co. hergestelltes sulfoniertes Harz auf der Basis eines Styrol-Di-   vinylbenzol- Copolymeren.    



     Beispiel l :   Es werden 1, 5 bis 2, 0 Mol Formamidin-hydrochlorid und   0, 5 Mol Ammoniak in  
Methanol bei Raumtemperatur aufgelöst. Anschliessend wird 1, 0 Mol Malononitril zugegeben. Das Ge- misch wird während zirka 1 h bei Raumtemperatur gerührt. Man erhält Aminomethylenmalononitril. 



   Formamidin-hydrochlorid und Malononitril werden auch in den nachstehend aufgeführten Mengen unter den angegebenen Reaktionsbedingungen kondensiert. 
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<tb> 
<tb> 



  Anfängliche <SEP> Reaktions-Molverhältnis <SEP> Molverhältnis <SEP> 
<tb> Bedingungen <SEP> Formamidin <SEP> : <SEP> Ammoniak <SEP> : <SEP> 
<tb> Malononitril <SEP> Malononitril
<tb> 550 <SEP> 10 <SEP> h <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> : <SEP> l <SEP> 
<tb> 550 <SEP> 1h <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 550 <SEP> 1/4 <SEP> h <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 250 <SEP> 5min <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> oo <SEP> 1h <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 80  <SEP> 10h <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 6-24  <SEP> 1h <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 26 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 24  <SEP> 1h <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> :

   <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 550 <SEP> 10 <SEP> h <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 55  <SEP> 10h <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 
 
Beispiel 2: Zu einer äthanolischen Lösung von Formamidin-hydrochlorid und überschüssigem Ammoniak werden bei-10 bis +150 C 6, 6 g Malononitril in 30 ml Äthanol während 15 min gegeben. 



  Die Lösung wird bei 15 bis 220 C 2 h gerührt. Die Suspension wird auf 0 bis 100 C abgekühlt und filtriert. Dabei entfernt man zirka 5 g Ammoniumchlorid. Der Rückstand wird mit 5 x 25 ml Äthanol gewaschen. 



   In der gleichen Weise werden 1, 21 g   (0, 015 Mol)   Formamidinhydrochlorid in 25 ml absolutem Äthanol mit 0, 66 g (0, 01 Mol) Malononitril in Gegenwart von 0, 01 Mol Natriumcarbonat bei 16 bis 210 C umgesetzt. Die Reaktionsgemische werden in der üblichen Weise aufgearbeitet. 



   An Stelle von Natriumcarbonat werden auch Ammoniumcarbonat, Diäthylamin und Triäthylamin eingesetzt. 

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   Beispiel 3 : 0, 15 Mol Formamidinacetat in 250 ml absolutem Äthanol werden mit 0, 1 Mol
Malononitril in Gegenwart von 0, 2 Mol äthanolischer Ammoniaklösung bei 15 bis 200 C während 2 h kondensiert. Das Reaktionsgemisch wird in der üblichen Weise aufgearbeitet. 



   Beispiel 4 : 0, 15 Mol Formamidindihydrophosphat in 250 ml absolutem Äthanol werden mit
0, 1 Mol Malononitril in Gegenwart von 0,2 Mol äthanolischer Ammoniaklösung bei 15 bis 200 C wäh- rend 2 h kondensiert. Das Reaktionsgemisch wird in der üblichen Weise aufgearbeitet. 



   Beispiel 5 : 170 g trockener Amberlyst-15 Kationenaustauscher wird in Methanol dispergiert und in eine Säule von 65 cm Länge und einem Durchmesser von 2,5 cm eingefüllt. Das Harzbett wird mit einem Überschuss an Methanol gewaschen. Die Säule nimmt dann ein Volumen von 220 ml ein. 



   19,3 g rohes Formamidin-hydrochlorid, das zirka 2 bis Wo Ammoniumhydrochlorid enthält, werden in 100 ml Methanol gelöst und die Lösung durch die Säule passiert. Die Harzsäule wird mit 600 ml Methanol gewaschen, bis die ablaufende Flüssigkeit keine weiteren Verunreinigungen aufweist. In dieser Weise erhält man ein Formamidin-Harz-Salz, das zirka 10,5 g Formamidin pro 170 g trockenes Harz enthält. 



   Eine Lösung von 15, 7 g Malononitril in 65 ml Methanol und 35 ml 6-n methanolischem Ammoniak wird durch die Säule geschickt. Das Produkt wird mit 1000 ml Methanol eluiert. Die Eluate werden vereinigt und das Lösungsmittel durch Destillation entfernt. 



   Die so erhaltene Lösung wird unmittelbar zur Herstellung von 2-Methyl-4-amino-5-cyan-pyrimidin, einem wichtigen Zwischenprodukt in der Synthese von Vitamin   B, verwendet.   



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Herstellung von Aminomethylenmalononitril, dadurch gekennzeichnet, dass man Formamidin oder ein Salz dieser Verbindung in Gegenwart eines schwach basischen Kondensationsmittels mit Malononitril kondensiert.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass man als Kondensationsmit- tel Ammoniak verwendet.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens 0,5 Mol der schwachen Base pro Mol Malononitril verwendet.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Molverhältnis von Formamidin : Malononitril : schwache Base von etwa 1,0 bis 1, 5 : 1, 0 : 1,25 verwendet.

   5. Verfahren nach den Ansprüchen lbis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reak- tion in einem Alkohol durchführt.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion in Äthanol durchführt.

   7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man Formamidin-hydrochlorid verwendet.