Verfahren zur Herstellung von am Stickstoffatom acylierten oder sulfonierten
Aminocarbonsäureamiden
Mit Hilfe der Willgerodt-Reaktion [vgl. zum Beispiel M. Carmack und M. A. Spielman, The Willgerodt-Reaction, Adams Organic Reaetions, Bd. III, Seite 83 bis 107 (11946)] kann man bekanntlich aliphatische Ketone, die in ihrem Kohlenstoffgerüst cycloalipha- tische, aromatische oder heterocyclische Reste enthalten, in einer Synthesestufe in Carbonsäureamide und carbonsaure Ammoniumsalze überführen.
Diese Umsetzungen verlaufen nach folgendem Reaktionssehema : RCO (C, H2) XCH3 + (NH4) 2Sx = R(CH2)x+1 CONH2 + R (CH2)x+1 COONH4 In dieser Gleichung ist mit R ein cycloali- phatiseher, aromatischer oder heterocyclischer Rest bezeichnet. Die mit x bezeichnete Anzahl. der zwischen der Ketogruppe und der endständigen 3Iethylgruppe liegendenMethyl- gruppen kann zwischen O lmd ungefähr 4 liegen.
An Stelle des Sauerstoffes der Ketogruppe k¯nnen aueh andere einwertige oder zweiwer- tige Substituenten vorhanden sein, zum Beispiel Thioketo-, Merkapto-, Oxy-, Nitro-, Amino-, Rhodano- oder Halogengruppen. Die Ketogruppe kann aueh durch olefinisehe oder aeetylenische Kohlenstoffbindungen ersetzt werden. Wie bei den andern genannten Sub- stituenten bleibt auch in diesem Falle das Kohlenstoffgerüst der Ausgangsverbindung hei der Reaktion unverändert.
Die oben genannten funktionellen Grup- pen und Bindungen unterscheiden sich hin siclitliell ihrer Reaktionsfähigkeit bei der Willgerodt-Reaktion. Die Amino-, Nitro-und Oxygruppen sind im allgemeinen nur wenig umsatzfreudig. Die übrigen Gruppen zeigen in gewisser Abstufung eine weit bessere Re aktionsfähigkeit. Durch Kombination von zwei Substituenten, die beide versehiedenen Grup- pen angehören, kann man erreichen, dass der eine Substituent, zum Beispiel eine Aminogruppe, während der Reaktion in der aliphatisehen Kette unverändert bleibt, wohingegen der andere Substituent zur Oxydation der endständigen Methylgruppe f hrt.
Die Umsetzung von chlorierten aliphatischen n-1-Aminhydrochloriden mit wässeri- gen Polyammoniumsulfid-Lösungen liefert beispielsweise ?-Amino-carbonsÏureamide und die entsprechenden cü-Aminocarbonsäuren. Infolge von Seitenreaktionen, zum Beispiel von Poly merisations-und Kondensationsreaktionen, er- geben sieh jedoch nur sehr geringe Ausbeuten.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von am Amin stickstoff durch einen Säurerest substituier- ten Aminocarbonsäureamiden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass am Stickstoffatom durch einen Säurerest substituierte ?-Chloralkylamine mit Ammoniumpolysulfid-L¯sungen bei 100 bis 300 C, vorzugsweise bei 150 bis 180¯ C, umgesetzt werden.
An Stelle der Polyammoniumsulfid-Lösungen können auch wässerige Ammoniak-Losun- gen und elementarer Schwefel verwendet werden. Es ist zweckmϯig, wenn die Umsetzung in Gegenwart von organisehen Verdünnungsmitteln oder organischen Losungsmitteln vor- genommen wird. Die Reaktionsdauer ist auf 1 bis 20 Stunden, vorzugsweise auf 2 bis 6 Stunden, zu bemessen.
Als Ausgangsstoffe kommen am Stickstoff dure. h Carbonsäurereste substituierte oo-Chlor- alkylamine, das heisst Carbonsäureamide oder -imide, imd ferner entsprechende Sulfonsäureamide in Betracht. Die Sulfonylreste haften in der Regel fester am Stickstoffatom als die Acylreste. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass während der Reaktion eine aminolytische Spaltung vermieden wird. Besonders gut ist der p-Toluolsulfonylrest zum Schutz des Stiekstoffatoms geeignet.
Die Umsetzung mit den wässerigen Poly ammoniumsulfid-Losungen kann in blicher Weise vorgenommen werden. Die erreich- baren Ausbeuten sind weitgehend von der Zu sammensetzung der Reaktionslösung abhÏn gig, die im Liter im allgemeinen etwa 5 bis 20 Mol Ammoniak, 0, 1 bis 5 Mol Schwefel- wasserstoff und 1 bis 10 g-Atome Schwefel enthält. Es können aber auch andere über diese Mengenverhältnisse nach oben oder unten hinausgehende Zusammensetzungen der Reaktionslosung verwendet werden.
Aueh das Verhältnis von Polyammonium- sulfid-Losung zum eingesetzten Ausgangsmaterial kann in weiten Grenzen geändert werden. Im allgemeinen ist es zweckmässig, wenn man auf einen Teil des Ausgangsmate- rials 2 bis 20, vorzugsweise 4 bis 8 Teile Poly ammoniumsulfid-Losung einsetzt. Zur Errei chung einer homogenen Reaktionsmischung können organische Losungsmittel, zum Bei spi, el Alkohole, Dioxan, Kollenwasserstoffe, lither, Pyridin oder andere inerte Lösungs- mittel, zugesetzt werden.
Die Umsetzung wird am besten in einem geschlossenen Reaktionsgefäss durchgeführt, das aus Stahl, Glas, Porzellan oder andern schwer angreifbaren Baustoffen besteht. Der wÏhrend der Reaktion durch äussere Erwär- mung sich einstellende Druck hängt vom Dampfdruck des Reaktionst tes ab und belÏuft sieh auf etwa 5 bis 40 kg/cm2. Es k¯nnen jedoeh auch erheblieh höhere Reaktions drueke auftreten, beispielsweise wenn zusätz- lieh gasförmiges Ammoniak in das Reaktions- gefϯ eingedr ckt wird. Naeh Beendigung der Reaktion sinkt der Driiek bei der Abkühlung auf Raumtemperatur auf den Dampfdruek der Reaktionsmisehung.
In vielen Fällen ist dalier bei der Öffnung des Reaktionsgefässes ein Ausgleich mit dem atmosphärischen Druck nicht mehr erforderlich.
Die zur Umsetzung erforderlichen Reak tionstemperaturen liegen zwischen 100 bis 300 C, vorzugsweise bei 150 bis 180¯ C. Die Reaktionsdauer ist von den jeweiligen Ar beitsbedingungen abhängig und kann sich auf bis 20 Stunden belaufen.
Die entstandenen, am Stiekstoffatom acylierten oder sulfonierten AminocarbonsÏureamide können mit heissem Wasser aus der zur Troekene eingedampften Reaktionslosung isoliert und in der übliehen eise, gegebenenfalls durch Umkristallisation, weiter gereinigt werden. Die gewonnenen Produkte sind vielsei- tiger Anwendung fähig ; insbesondere stellen sie wertvolle Ausgangsstoffe f r organische Synthesen dar.
Beispiel 1
In einer Stahlbombe von 300'em3 Inhalt wurden 30 g N-(?-Chlor-n-amyl) -benzamid, 120 em3 wässerige Ammoniumhydrogensulfid- Lösung und 80 em3 Pyridin 6 Stunden auf 160¯ C erhitzt. Die Ammoniumhydrogensulfid Lösung enthielt pro Liter 2, 1 Mol H2S und 10, 1 Mol NH3 und war mit 33 g Schwefel versetzt worden.
Die dunkelrote, klare Reaktionslosung wurde nach Beendigung der Umsetzung auf dem Wasserbade zur Trockene eingedampft und der Eindampfungsrückstand erschöpfend mit hei¯em Wasser extrahiert. Aus der wässerigen Extraktlösung kristallisierte bei 0 C b-Benzamino-n-valeriansäureamid in gelblich gefärbten Nadeln. Nach der Umkristallisation aus Wasser erhielt man 13 g Endprodukt, das einen Schmelzpunkt von 180 C besass. Die Ausbente belief sich auf 44% der Theorie.
Beispiel 2
In einer Stahlbombe von 300 cm3 Inhalt wurden 45 g chloriertes N-n-Amyl-benzamid, das in der aliphatischen Kohlenstoffkette mit der stöchiometrischen Menge von 0, 93 g-Atom Chlor substituiert war, 50 g Schwefel, 300 cm3 wässerige Ammoniumhydrogensulfid-Losung und 200 em3 Pyridin 6 Stunden auf 160 er hitzt. Die Ammoniumhydrogensulfid-Lösung enthielt wie im ersten Beispiel pro Liter 2,1 Mol H2S und 10,1 Mol NH3.
Bei der Extraktion mit heissem Wasser lieferte das Reaktionsprodukt in 30"/o der theoretisch möglichen Ausbeute 13 g b-Benzamino n-valeriansäureamid, das einen Schmelzpunkt von 180 C besass. I3.
Beispiel 3
In dem im Beispiel 1 verwendeten Stahlautoklaven wurden 45 g ehloriertes N-n-Eexyl- benzamid, das in seiner aliphatischen Kohlen stoffkette mit der stöehiometrisehen Menge von 1, 23 g-Atomen Chlor substituiert war, 50 g Schwefel, 300 cm3 wÏsserige Ammoniumhydrogensulfid-L¯sung der angegebenen Zu sammensetzung und 200 em3 Dioxan in der beschriebenen Weise behandelt und aufgear heitet. Als Endprodukt ergaben sich mit 23% der theoretischen Ausbeute 10 g E-iBenz amino-n-capronsäureamid, dessen Schmelz- punks bei 143"C lag.
Beispiel 4
Im Stahlautoklaven wurden 80 g N-(? C'hlor-n-amyl)-p-toluolsulfamid, 500 cm3 wÏsserige Ammoniumhydrogensulfid-Losung der angegebenen Zusammensetzung, 80 g Sebwefel und 300 cm3 Pyridin 6 Stunden auf 160 C erhitzt und in der besehriebenen Weise auf- gearbeitet. Mit 71, 5% der theoretisch m¯glichen Ausbeute ergaben sich 56 g ?-p-Toluolsulfamino-n-valeriansäureamid, das einen Schmelzpunkt von 1i33 C besass.
Beispiel 5
Im Stahlautoklaven wurden 40 g chloriertes N-n-Amyl-p-toluolsulfamid, das in der ali phatischen Kohlenstoffkette mit der stöehio- metrischen Menge von 1 g-Atom Chlor substi- tuiert war, 40 g Schwefel, 250 cm3 wÏsserige Ammoniumhydrogensulfid-Lösung der ange gebenen Zusammensetzung und 2 ! 50 cm3 Pyri- din behandelt und wie in den vorangehenden Beispielen angegeben aufgearbeitet. Durch er schöpfende Extraktion mit heissem Wasser konnten 14 g ?-p-Toluolsulfamino-n-valeriansäureamid mit 315, 7 /o der theoretiseh möglichen Ausbeute gewonnen werden.
Die Verbindung besass einen Schmelzpunkt von 133 C.
Beispiel 6
In einer Stahlröhre wurden 12 g chlo- riertes N-n-Hexyl-p-toluolsulfamid, das in der aliphatischen Kohlenstoffkette mit der stöehio- metrisehen Menge von 1, 12 g-Atomen Chlor substituiert war, 12 g Schwefel, 75 cm3 wÏsserige Ammoniumhydrogensulfid-Losung der angegebenen Zusammensetzung und 75 cm3 Dioxan 6 Stunden auf 160 C erhitzt. Die Reaktionslosung wurde im Vakuum eingedampft. und der Eindampfungsrüekstand mehrmals mit heissem Wasser extrahiert.
Beim Abkühlen der wässerigen Extraktionslosung ergaben sich mit 23, 8"/o der theoretisch mög- lichen Ausbeute 2, 8 g ±-p-Toluolsulfa-mino-n- capronsäureamid, dessen Schmelzpunkt sieh auf 138 C belief.