Verfahren zur Herstellung von 1 ,2-Diaminozyklohexan
Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Verfahren zur Herstellung von 1,2-Diaminozyklohexan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man 1,2-Iminozyklohexan mit Ammoniak umsetzt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein abgewandelbes Verfahren zur Herstellung von 1 ,2-Diam.inozyklo- hexan sowie eine Verwendung des nach diesem Verfahren hergestellten 1 ,2-Diaminozyklohexans zur Herstellung von 1, 2-Diaminozyklohexan-tetraessigsäure.
Die 1 ,2-Diaminozyklohexanderivate sind Verbindungen, die In der letzten Zeit beständig an Bedeutung gewinnen. Zur Herstellung des 1, 2-Diaminozyklohexans sind mehrere Verfahren bekannt. So kann man diese Verbindung z. B. durch katalytische Reduktion des
1, 2-Dinitrozyklohexans in flüssigem Ammoniak herstellen, jedoch ist dieses Verfahren wegen der dazu benötigten komplizierten Apparatur schwer durchzuführen. Ein weiteres Verfahren bedient sich des Abbaus nach Hoffmann, wobei aus Hexahydroanthranylsäure ausgegangen wird; jedoch auch diese Methode kann in der Industrie nicht verwertet werden. Bedde erwähnten Verfahren zeigen den gemeinsamen Nachteil, dass die Ausgangsstoffe schwer herstellbar und kostspielig sind.
Nach einem weiteren Verfahren wird Benzimidazolon hydriert, jedoch beim Nacharbeiten hat es sich herausgestellt, dass auch dieses Verfahren zu sehr ungenügenden Ausbeuten führt. Besonders die Herstellung von analytisch reinen Produkten bereitet Schwierigkeiten.
Erfindungsgemäss wird nun 1, 2-Diaminozyklohexan mit guten Ausbeuten rein hergestellt, indem man den Schwefelsiäure-Halbester von 2-Aminozyklohex anol mit Ammoniak umsetzt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten 1, 2-Diaminozyklohlexans zur Herstellung von 1, 2-Diaminozyklohexan-tetraessigsäure; diese Verwendung ist dadurch gekennzeichnet, dass man das 1,2-Diaminozyklohexan mit Monochloressigsäure umsetzt.
Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte 1 2-Diaminozyklohexan kann durch Zusetzen von organischen oder anorganischen Säuren in die Salze überführt werden, oder es kann aus einem der Salze ein weiteres Salz hergestellt werden bzw. es kann durch Umsetzen mit Monochloressigsäure das Tetraessigsäureprodukt erzielt werden.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird der schwefelsaure Halbester von 2-Aminozyklohexanol als Aus- gangsstoff verwendet, welcher nach bekannten Verfah ren hergestellt werden kann (siehe z. B. J. Am. Chem.
Soc. 74, 3007). Der Ester wird vorteilhaft in einem Lösungsmittel, wie z. B. in Wasser oder in organischen Lösungsmitteln, wie Alkohol, umgesetzt. Die Temperatur der Umsetzung beträgt in der Regel 100-1800 C, vorteilhaft 120-140 C. Es ist empfehlenswert, die Reaktion unter Druck durchzuführen, und zwar bei einem Druck bis zu etwa 20-30 at.
Es ist angebracht, das Reaktionsgemisch während der Umsetzung in Bewegung zu halten, z. B. durch Schütteln oder Rühren des Gemisches. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird das verwendete Lösungsmittel vor Beginn der Reaktion mit Ammoniak gesättigt, worauf der geschlossene Reaktor mit dem benötigten Ammoniak versetzt und anschliessend der Autoklav auf die erwünschte Temperatur erwärmt wird.
Die Reaktion kann jedoch auch bei kontinuierlicher Gaseinleitung durchgeführt werden.
Das Reaktionsgemisch kann z. B. wie folgt verarbeitet werden:
Das überschüssige Ammoniak wird abgetrieben und zweckmässig in dem Lösungsmittel des nächsten Einsatzes aufgefangen. Hierauf wird das Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt. Der kristalline Rückstand wird in Wasser aufgenommen und alkalisiert, worauf die freie Base erhalten wird.
Zur Isolierung des 1,2-Diaminozyklohexans kann man das Reaktionsgemisch jedoch auch durch Zusetzen einer Säure (z. B. durch Zusetzen von verdünnter Schwefelsäure, Salzsäure, Essigsäure usw.) aufar beiten, wobei zunächst das Salz des Produktes hergestellt wird. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, weil die freie Base auf den Sauerstoff und auf die Kohlensäure der Luft empfindlich ist. Die Salze fallen in Vorzugsfällen aus dem gegebenenfalls verwendeten Lösungsmittel aus. Bei Verwendung einer wässrigen Lösung kann z. B. das schwefelsaure Salz in Form von schönen Kristallplättchen erhalten werdlen, die sich aus dem Reaktionsgemisch kristallin ausscheiden.
Aus dem Salz des Produktes oder aus der freien Base kann durch Zusetzen von Monochloressigsäure das entsprechende Tetraessigsäurederivat z. B. in an sich bekannter Weise hergestellt werden. Wenn man das gemäss der Erfindung hergestellte 1,2-Diaminozyklo- hexan mit Monochloressigsäure umsetzt, erhält man rein, ohne Nebenprodukte und Verunreinigungen das Tetraacetat, welches für analytische Zwecke hervorragend gut verwendet werden kann.
Gegebenenfalls kann die 1, 2-Diaminozyklohexan- tetraessigsäure aus dem 1, 2-Diaminozyklohlexan in Form des Sulfates Idurch Umsetzen mit Monochloressigsäure hergestellt werden. Hiezu eignet sich das lerfindungs- gemässe Verfahren hervorragend, das mit guten Ausbeuten analytisch reine Produkte entstehen, welche keiner weiteren Reinigung bedürfien. Die Ausbeuten dieser Methode liegen bei 80-90 %.
Beispiel 1
240 g des schwefelsauren Halbesters von 2-Aminozyklohexanol werden bei Zimmertemperatur in 1400 ml konzentriertem wässerigem Ammoniumhydroxyd gelöst.
Das Reaktionsgemisch wird in einen Autoklav von 41 Rauminhalt gegossen, wonach der Autoklav verschlossen und durch eine Druckleitung Ammoniakgas eingeleitet wird, bis sich der Druck auf 3 Atm erhöht hat. Dabei steigt die Temperatur des Gemisches ungefähr auf 450 C. Nachher wird der Autoklav auf 1300 C erhitzt und 5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Dann wird der Autoklav gekühlt und das überschüssige Ammoniak abgeblasen, wobei das Gas in Wasser aufgefangen wird. Die so erhaltene ammoniaklösung kann bei der nächsten Charge verwendet werden. Darauf wird das Reaktionsgemisch aus einem Rundkolben unter 20 mm Vakuum auf dem Wasserbad so abdestilliert, dass die Temperatur in dem Kolben ungefähr bei 50-600 C liegt. Das Volumen des zurückgebliebenen Gemisches beträgt 1200 ml.
Hernach wird das Gemisch mit Hilfe von 20 g Kohle geklärt, und nach dem Filtrieren wird die fast wasserklare Lösung unter 20-30 mm Vakuum abgedampft, bis ein dichter Kristallbrei entsteht. Nach Zugabe von Eis wird der Kristallbrei filtriert, und mit 500 ml eiskaltem destilliertem Wasser und 200 ml eiskaltem 96 S igem Alkohol gewaschen. Nach Trocknen erhält man ein Produkt, das aus 221 g 1 ,2-Diaminozyklo- hexansulfat in Form von schneeweissen, aglän- zenden, plattenförmigen Kristallen besteht. Ausbeute: 85 % Analyse: N = 13, 29 % gefunden (theoretisch = 13, 20%).
Beispiel 2
Man lässt 200 g des nach Beispiel 1 hergestellten Produktes in 1400 ml Wasser, in Anwesenheit von insgesamt 2300 ml stufenweise zugesetzter 30 % iger Natronlauge mit 680 g Monochloressigsäure reagieren.
Der pH-Wert des Reaktionsgemisches soll gegenüber Thymolphtbaiein alkalisch sein. Die Reaktion ist nach ungefähr 5 Stunden beendet. Hernach wird das Reaktionsgemisch geklärt und filtriert, wonach der pH-Wert mit konzentrierter Salzsäure auf 1,8 eingestellt wird.
Darauf scheiden sich aus dem Reaktionsgemisch schnee weisse Kristalle aus, welche aus dem Gemisch nach Kühlung abfiltriert, mit Wasser chloridfrei gewaschen, mit Alkohol durchgespült und danach getrocknet werden. Das Produkt besteht aus 180 g 1 ,2-Diaminozyklo- hexantetraessigsäure. Schmelzpunkt: 2150 C Analyse: N - 8,05 % gefunden (theoretisch 8,09 %).
Process for the production of 1, 2-diaminocyclohexane
The subject of the main patent is a process for the production of 1,2-diaminocyclohexane, which is characterized in that 1,2-iminocyclohexane is reacted with ammonia.
The present invention relates to a modified process for the production of 1,2-diaminocyclohexane and a use of the 1,2-diaminocyclohexane produced by this process for the production of 1,2-diaminocyclohexane-tetraacetic acid.
The 1,2-diaminocyclohexane derivatives are compounds that have been gaining importance in recent times. Several processes are known for the production of 1,2-diaminocyclohexane. So you can use this connection z. B. by catalytic reduction of the
Produce 1,2-dinitrocyclohexane in liquid ammonia, but this process is difficult to carry out because of the complicated apparatus required. Another method makes use of the degradation according to Hoffmann, where hexahydroanthranyl acid is used as a starting point; however, this method cannot be used in industry either. Bedde processes have the common disadvantage that the starting materials are difficult to produce and expensive.
In a further process, benzimidazolone is hydrogenated, but on reworking it has been found that this process also leads to very unsatisfactory yields. The manufacture of analytically pure products is particularly difficult.
According to the invention, 1,2-diaminocyclohexane is now produced in pure form with good yields by reacting the sulfuric acid half-ester of 2-aminocyclohexane with ammonia.
The invention also relates to the use of the 1,2-diaminocyclohexane produced by the process according to the invention for the production of 1,2-diaminocyclohexane-tetraacetic acid; this use is characterized in that the 1,2-diaminocyclohexane is reacted with monochloroacetic acid.
The 1,2-diaminocyclohexane produced by the process according to the invention can be converted into the salts by adding organic or inorganic acids, or another salt can be produced from one of the salts or the tetraacetic acid product can be obtained by reacting with monochloroacetic acid.
In the process according to the invention, the sulfuric acid half-ester of 2-aminocyclohexanol is used as the starting material, which can be prepared by known processes (see, for example, J. Am. Chem.
Soc. 74, 3007). The ester is advantageously in a solvent, such as. B. in water or in organic solvents such as alcohol, implemented. The temperature of the reaction is usually 100-1800 C, advantageously 120-140 C. It is advisable to carry out the reaction under pressure, namely at a pressure of up to about 20-30 atm.
It is appropriate to keep the reaction mixture moving during the reaction, e.g. B. by shaking or stirring the mixture. In an advantageous embodiment, the solvent used is saturated with ammonia before the start of the reaction, whereupon the required ammonia is added to the closed reactor and the autoclave is then heated to the desired temperature.
However, the reaction can also be carried out with continuous introduction of gas.
The reaction mixture can, for. B. processed as follows:
The excess ammonia is driven off and expediently collected in the solvent used in the next use. The solvent is then removed under reduced pressure. The crystalline residue is taken up in water and made alkaline, whereupon the free base is obtained.
To isolate the 1,2-diaminocyclohexane, however, the reaction mixture can also be worked up by adding an acid (e.g. by adding dilute sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid, etc.), the salt of the product being prepared first. This method is advantageous because the free base is sensitive to the oxygen and carbonic acid in the air. In preferred cases, the salts precipitate from any solvent used. When using an aqueous solution, for. B. will receive the sulfuric acid salt in the form of beautiful crystal flakes that precipitate out of the reaction mixture in crystalline form.
The corresponding tetraacetic acid derivative can be obtained from the salt of the product or from the free base by adding monochloroacetic acid. B. be produced in a known manner. If the 1,2-diaminocyclohexane produced according to the invention is reacted with monochloroacetic acid, the tetraacetate is obtained in pure form, without any by-products or impurities, and can be used excellently for analytical purposes.
If appropriate, the 1,2-diaminocyclohexane tetraacetic acid can be prepared from the 1,2-diaminocyclohexane in the form of the sulfate I by reaction with monochloroacetic acid. The process according to the invention is excellently suited for this purpose, as it produces analytically pure products with good yields which do not require any further purification. The yields of this method are 80-90%.
example 1
240 g of the sulfuric acid half ester of 2-aminocyclohexanol are dissolved in 1400 ml of concentrated aqueous ammonium hydroxide at room temperature.
The reaction mixture is poured into an autoclave of volume 41, after which the autoclave is closed and ammonia gas is introduced through a pressure line until the pressure has increased to 3 atm. The temperature of the mixture rises to approximately 450 C. The autoclave is then heated to 1300 C. and held at this temperature for 5 hours. The autoclave is then cooled and the excess ammonia is blown off, the gas being trapped in water. The ammonia solution thus obtained can be used for the next batch. The reaction mixture is then distilled off from a round bottom flask under 20 mm vacuum on a water bath so that the temperature in the flask is approximately 50-600 ° C. The volume of the remaining mixture is 1200 ml.
The mixture is then clarified with the aid of 20 g of charcoal, and after filtering, the almost water-clear solution is evaporated under 20-30 mm vacuum until a dense crystal slurry is formed. After adding ice, the crystal slurry is filtered and washed with 500 ml of ice-cold distilled water and 200 ml of ice-cold 96% alcohol. After drying, a product is obtained which consists of 221 g of 1,2-diaminocyclohexane sulfate in the form of snow-white, glossy, plate-shaped crystals. Yield: 85% Analysis: N = 13.29% found (theoretical = 13.20%).
Example 2
200 g of the product prepared according to Example 1 are allowed to react with 680 g of monochloroacetic acid in 1400 ml of water, in the presence of a total of 2300 ml of 30% sodium hydroxide solution added in stages.
The pH of the reaction mixture should be alkaline compared to thymolphtbaiein. The reaction is complete after about 5 hours. The reaction mixture is then clarified and filtered, after which the pH is adjusted to 1.8 with concentrated hydrochloric acid.
Snow-white crystals then precipitate out of the reaction mixture, which are filtered off from the mixture after cooling, washed free of chloride with water, rinsed through with alcohol and then dried. The product consists of 180 g of 1,2-diaminocyclohexanetetraacetic acid. Melting point: 2150 C Analysis: N - 8.05% found (theoretical 8.09%).