CH477438A - Verfahren zur Herstellung von N-Vinylimiden - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von N-Vinylimiden

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CH477438A
CH477438A CH580963A CH580963A CH477438A CH 477438 A CH477438 A CH 477438A CH 580963 A CH580963 A CH 580963A CH 580963 A CH580963 A CH 580963A CH 477438 A CH477438 A CH 477438A
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vinyl acetate
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succinimide
catalyst
vinylimides
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CH580963A
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Friedrich Dr Goetzen
Koehler Wolfgang
Guenter Dr Schroeder
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Roehm & Haas Gmbh
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Description


  



  Verfahren   zur    Herstellung von N-Vinylimiden
Es ist bekannt, N-Vinylimide von Dicarbonsäuren durch Pyrolyse von   N-ss-Aoetoxyäthylimiden    herzustellen. Über diese Reaktion berichten Hopff und   Mühletha-      ler in    Kunststoffe - Plastics > , 1957, 5. 257 ff. Die    genannten Autoren verfuhren dabei analog den Angaben der US-Patentschrift   2276    840, in der die Pyrolyse von   N-ss-Aoetoxyäthylphthaliraid    bei Temperaturen zwischen 560 und   575 0C    beschrieben ist. Die Versuche von Hopff und Mühlethaler, solche N-Vinylimide durch Umvinylierung der entsprechenden Imide mit Vinylacetat herzustellen, verliefen ergebnislos (a. a. O., S.



  262).



   Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von N-Vinylimiden der allgemeinen Formel
EMI1.1     
 worin A eine gegebenenfalls substituierte Aethylengruppe oder einen gegebenenfalls substituierten, gegebenenfalls teil- oder   volihydrierten    Arylrest darstellt, aus cyclischen Imiden der allgemeinen Formel
EMI1.2     
 und Vinylacetat, und ist dadurch gekennzeichnet, dass man das Vinylacetat an das cyclische Imid in Gegenwart eines Katalysators aus der Gruppe der Salze der Metalle der 1. und/oder   2- Nebengruppe    des periodischen Systems und der basischen Verbindungen bei erhöhter Temperatur anlagert, das dabei erhaltene Zwischenprodukt durch Erhitzen bis höchstens 200   "C    in Gegenwart eines Katalysators aus der Gruppe der Salze der Metalle der 1. und/oder 2.

   Nebengruppe und der sauren Verbindungen spaltet und das dabei gebildete   Vinylim d    unter Abdestillieren des überschüssigen Vinylacetats, gebildeter Essigsäure und flüchtiger Nebenprodukte isoliert.



   Zur Durchführung des Verfahrens kann so vorgegangen werden:
1. Nach dem von Joshida (J. Chem. Soc. Japan Ind.



  Chem. Soc. 55,   5.    83,   1952 - referiert    in C.A. 47, S.



  10 277 b, 1953) beschriebenen Verfahren wird Succinimid (1 Mol) mit Vinylacetat (3 Mol) in Gegenwart von KOH (1   Mol- /o)    und von einem die Polymerisation der Vinylverbindungen verhindernden Inhibitor im Autoklaven zwei Stunden bei 140   OC    gerührt. Das   Reaktiom-    produkt wird in an sich bekannter Weise aufgearbeitet.



  Dabei werden rund 50   0/0    der Theorie an   N-os-Aceto-      xyäthylsuccinimid    als ein bei 74 bis 75   "C    schmelzendes Produkt isoliert.



   Das so hergestellte Additionsprodukt lässt sich in Gegenwart eines sauren Katalysators leicht in N-Vinylsuccinimid und Essigsäure spalten. Dabei sei darauf hingewiesen, dass das bereits erwähnte, von Hopff und Mühlethaler hergestellte entsprechende ss-Additionsprodukt der vorliegenden erfindungsgemässen Spaltung nicht zugänglich ist.   -    Als Katalysatoren eignen sich Protonensäuren, wie Phosphorsäure, Schwefelsäure, p Toluolsulfonsäure, weiterhin saure Verbindungen vom Typ der   Friedel-Crafts-K ! atalysatoren,    wie Aluminiumchlorid, Zinkchlorid, Borfluorid oder auch Salze schwacher Basen und starker Säuren, wie Quecksilbersulfat,   Kupferneltat    oder Zinkchlorid; im gleichen Sinne   9sld    saure Salze starker Basen und starker Säuren, wie Kaliumbisulfat, verwendbar. 



   Die katalytische Spaltung von   N-er-Acetoxyäthylsuc-    cinimid kann in einfacher Weise derart   durchgeführt    werden, dass das Ausgangsprodukt zusammen mit einem der genannten sauren Katalysatoren im Vakuum auf Temperaturen von 100 bis 200   OC    aufgeheizt wird. Das dabei übergehende Reaktionsprodukt, bestehend aus vornehmlich N-Vinylsuccinimid und Essigsäure, wird durch Destillation getrennt, wobei die Essigsäure bei 22 bis 25   OC/12 mm    Hg. N-Vinylsuccinimid bei 75   ob/0,2    mm Hg und nicht   umgesetztes    Ausgangsprodukt bei 110 bis 115    C0, 2    mm Hg übergehen.

   Die Wirksamkeit der erfindungsgemäss zu verwendenden Katalysatoren wird deutlich, wenn man N-a-Acetoxyäthylsuccinimid unter sonst gleichen Bedingungen, jedoch ohne Zusatz eines der angegebenen Katalysatoren, erhitzt: Bei 168 bis 170 0C/13 mm Hg destilliert das Ausgangsprodukt praktisch unverändert. Alkalische Zusätze verändern das Verhalten der genannten Additionsverbindung beim Erhitzen nicht.



   Das beschriebene Vorgehen ist der bekannten Pyrolyse von N-Acetoxyäthylsuccinimid in erster Linie deshalb überlegen, weil bei dem zum Stand der Technik gehörenden Verfahren Temperaturen angewandt werden müssen, die um 200 bis 500   "C    höher liegen als die zur Durchführung des neuen Verfahrens erforderlichen Spalttemperaturen.



   2. Ausgehend von den gleichen Produkten wie bei dem unter 1. beschriebenen Verfahren, lässt sich N Vinylsuccinimid auch, und zwar im Gegensatz zu den Ergebnissen von in der Literatur   (a.a.O.)    beschriebenen Versuchen, durch Umvinylierung des Succinimids mit Vinylacetat herstellen. Man geht dabei so vor, dass man Succinimid und Vinylacetat, mit Vorteil in Gegenwart eines Lösungsmittels oder eines als Lösungsmittel wirkenden Überschusses an Vinylacetat, in Gegenwart eines Salzes der Metalle der 1. und 2. Nebengruppe des Periodischen Systems, gegebenenfalls im Autoklaven, auf Temperaturen zwischen 120 und 200   OC    erhitzt. Die Reaktionsprodukte werden von unzersetztem Succinimid abfiltriert.

   Aus dem Filtrat wird zunächst unter Normaldruck überschüssiges Vinylacetat abgezogen und der Rückstand unter Vakuum   destillativ aufgearbeitet    Zunächst geht bei 20 bis 25   "C/13    mm Hg Essigsäure und unter gleichem Druck bei 60   OC    eine geringe Menge gebildetes Äthylidendiacetat über. Bei 75 bis   80C/0,2    bis 0,4 mm Hg wird N-Vinylsuccinimid gewonnen.



   Das erfindungsgemässe Vorgehen hat sich auch dann als durchführbar erwiesen, wenn anstelle des als einfachstes der vinylierbaren Imide genannten Succinimids andere Cyclische Imide der obenstehenden Formel zur Anwendung kommen. Dabei können gleichermassen Verbindungen vom Typ des   or, n'-Dimethylsuccinimids    als auch   Phth als äureimid.    Tetrahydrophthalimid, Hexahydrophthalimid,   Naphthaisäureimid    oder Pyromellitsäureimid mit Hilfe der beiden dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens in die entsprechenden N-Vinylverbindungen übergeführt werden.



   Die nachfolgenden Beispiele sollen die Durchführung eines neuen Verfahrens, bei dem man wahlweise auf zwei Wegen von cyclischen Imiden des genannten Typs und Vinylacetat zu den entsprechenden N-Vinylimiden kommen kann, erläutern. Naturgemäss weisen sowohl die für die Spaltung der in Frage stehenden Additionsverbindungen verwendbaren Katalysatoren einerseits als auch die die Umvinylierung begünstigenden Katalysatoren andererseits unterschiedliche Wirksamkeiten auf, denen die zur Erzielung optimaler Ausbeuten erforderlichen Reaktionsbedingungen angepasst werden müssen.



  Die jeweils hinsichtlich der Reaktionstemperatur, des Mengenverhältnisses der Umsetzungskomponenten, des Reaktionsmediums, der Reaktionszeiten usw. einzuhaltenden   Bedingungen    lassen sich unter Befolgung der gegebenen Lehre in einfacher Weise ermitteln.



   Die nach dem beschriebenen Verfahren. herstellbaren N-Vinylimide können, wie dies in der bereits erwähnten US-Patentschrift   2276 840    und in    < Kunststoffe     Plastics > , 1957   (a.a.O.)    angegeben worden ist, sowohl für sich allein polymerisiert als auch mit anderen ungesättigten Monomeren mischpolymerisiert werden.



  Beispielsweise zeichnen sich aus etwa 10 Teilen Methylmethacrylat und 1 Teil N-Vinylsuccinimid aufgebaute Mischpolymerisate durch einen gegenüber reinem Polymethylmethacrylat deutlich erhöhten Erweichungspunkt aus.



   Beispiel   1:    N-Vinylsuccinimid
In einem 500 cm3-Autoklaven mit Rührwerk und elektrischer Heizung werden 99 g (1 Mol) Succinimid, 258 g (3 Mol) Vinylacetat und 9 g   Quecksilbersulfat    mit   0, 1 g    Indulin als Stabilisator 2 Stunden auf   140 0C    erhitzt. Dabei stellt sich ein Druck von 5 atü ein. Nach dem Abkühlen wird vom   Katalysator abfiltriert    und das überschüssige Vinylacetat unter Normaldruck abdestilliert. Anschliessend werden bei 13 Torr Essigsäure und   Athylidendiacetat    abdestilliert. Der Destillationsrückstand wird bei 0,4 Torr über eine Füllkörperkolonne    fraktioniert destilliert.

   Es werden 90, 5 g (72  /o der    Theorie) N-Vinylsuccinimid vom Siedepunkt 80   "C/0,4    Torr erhalten.



   Beispiel 2: N-Vinylsuccinimid
In einem 500 cm3-Autoklaven mit Rührwerk und elektrischer Heizung   werden -99    g (1 Mol) Succinimid, 258 g (3 Mol) Vinylacetat und 8 g   Kupfer-IIulfat    mit   0, 1 g    Indulin als Stabilisator 3 Stunden auf   160 0C    erhitzt. Dabei stellt sich ein Druck von 7 atü ein. Nach dem Abkühlen wird wie in Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet. Dabei werden 104 g (84   O/o    der Theorie) N-Vinylsuccinimid vom Siedepunkt 77   "C/0,3    Torr erhalten.



   Beispiel 3: N-Vinylsuccinimid
In einem 500   cm3-Autoklaven    mit Rührwerk und elektrischer Heizung werden 99 g (1 Mol) Succinimid, 86 g (1 Mol) Vinylacetat, 8 g Kupfer-II-sulfat und 150 g Äthylacetat mit 0,2 g Indulin als Stabilisator 5 Stunden auf 155   "C    erhitzt. Dabei stellt sich ein Druck von 6 atü ein. Bei der Aufarbeitung entsprechend Beispiel 1 werden 90 g (72    /o    der Theorie) N-Vinylsuccinimid vom Siedepunkt 77   cm/0,2    Torr erhalten.



   Der Destillationsrückstand wird in warmem Alkohol gelöst und die Lösung nach Zusatz von Bleicherde filtriert. Beim Abkühlen auf ca.   0      "C    fallen 20 g (20   O/o    der eingesetzten Menge) unverändertes Succinimid vom Schmelzpunkt 121 bis 122   CC    aus. 



   Beispiel 4: N-Vinylphthalimid
In einem 500   om3^Autoklaven    mit Rührwerk und elektrischer Heizung werden 147 g   (1    Mol)   Phthalimid,    258 g (3 Mol) Vinylacetat und 8 g   KupferS sulfat    mit   0,2 g    Indulin als Stabilisator   2 t/2    Stunden auf   160 0C    erhitzt. Es stellt sich ein Druck von 6 atü ein. Nach dem Abkühlen wird der Autoklaveninhalt filtriert.   fDer    Filterrückstand besteht aus dem eingesetzten Kupfersulfat und 65g   (44µ/o    der eingesetzten Menge) Phthalimid, die durch Extraktion des Filterrückstandes mit   heissem    Äthylalkohol isoliert werden können. Das Filtrat wird, wie im Beispiel 1 bwschrieben, durch Destillation aufgearbeitet.

   Mit einem Siedepunkt von 110 bis 114   "C/0,2    Torr werden 45 g (26   O/o    der Theorie)   N-Vinylphthali-    mid erhalten. Dieses lässt sich aus Isopropylalkohol umkristallisieren. Die reine Substanz schmilzt bei 89   OC.   



   Beispiel 5:   N-Vinylsuccinimid   
In einem Autoklaven mit Rührwerk   tund    elektrischer Heizung werden Succinimid (1 Mol), Vinylacetat (3 Mol) und Kaliumhydroxyd (0,05 Mol) 3 Stunden auf 140 0C erhitzt. Die   abgekühlte    Mischung wird zur Abtrennung von nicht umgesetztem Succinimid filtriert und das Filtrat durch fraktionierte Destillation aufgearbeitet. Es werden 147 g (79,5   O/o    d. Th.) N-l-Acetoxyäthylsuccinimid   (apo4    110-113   OC,    Fp 57-59   OC)    erhalten.



   In einem 500 cm3-Rundkolben mit Claissen-Aufsatz und Liebig-Kühler werden 372 g (2 Mol)   N-a-Aceto    xyäthylsuccinimid unter Zusatz von 5 g   85-0/oiger      SPhos-    phorsäure und 0,2 g Indulin als Stabilisator erhitzt. Im Wasserstrahlvakuum destilliert bei einer Temperatur von 135 bis 170   OC    praktisch der ganze Kolbeninhalt über.



  Das Rohprodukt wird anschliessend mit Hilfe einer Füllkörperkolonne fraktioniert destilliert. Bei   0,2 Torr    und 74   "C    gehen 195 g (78 O/o der Theorie) N-Vinylsuc  cinSmid    über. Der Destillationsrückstand stellt ein etwas verunreinigtes Ausgangsmaterial dar. Das   destillierteiN-      Vinylsuccinjmid    kann durch Umkristallisieren,   aus    Iso  propylaikohol    weiter gereinigt werden. Die reine Verbindung schmilzt bei 48   OC.   



   Beispiel 6: N-Vinylsuccinimid
Beispiel 5 wird wiederholt mit der Abwandlung, dass anstelle von Phosphorsäure 7,5 g p-Toluolsulfonsäure eingesetzt werden. Die Reinausbeute an N-Vinylsuccini  rnid    beträgt 72 O/o der Theorie.



   Beispiel 7: N-Vinylsuccinimid
Es wird der in Beispiel 5 beschriebene Ansatz wiederholt mit der Abwandlung, dass anstelle von Phosphorsäure 35 g Quecksilber-II-Sulfat eingesetzt werden. Die Ausbeute an N-Vinylsuccinimid beträgt in diesem Falle 50 O/o der Theorie.



   Beispiel 8: N-Vinylsuccinimid
IDer Ansatz von Beispiel 5 wird wiederholt mit der   Abwandlqmg,    dass anstelle von Phosphorsäure 16 g wasserfreies   Zinkchlorid    zugesetzt werden. Die Ausbeute an reinem   N-Vinylsuccinimid    beträgt bei diesem Versuch 55   o/o    der Theorie.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von N-Vinylimiden der allgemeinen Formel EMI3.1 worin A eine gegebenenfalls substituierte Äthylengruppe oder einen gegebenenfalls substituierten, gegebenenfalls teil- odier vollhydrierten Arylrest darstellt, aus cyclischen Imiden der allgemeinen Formel EMI3.2 worin A die obengennante Bedeutung hat, und Vinylacetat, dadurch gekennzeichnet, dass man das Vinylacetat an das cyclische Imid in Gegenwart eines Katalysators aus der Gruppe der Salze der Metalle der 1. und/oder 2.
    Nebengruppe des periodischen Systems und der basischen Verbindungen bei erhöhter Temperatur anlagert, 'das dabei erhaltene Zwischenprodukt durch Erhitzen bis höchstens 200 "C in Gegenwart eines Katalysators aus der Gruppe der Salze der Metalle der 1. und/oder 2.
    Nebengruppe und das dabei gebildete Vinylimid unter Abdestillieren des überschüssigen Vinylacetats, gebrlde- ter Essigsäure und flüchtiger Nebenprodukte isoliert.
    PATENTANSPRUCH 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch-gekenn- zeichnet, dass die Spaltung des Zwischenprodukts in Gegenwart von Orthophosphorsäure oder p-Toluolsulfonsäure als saurem Katalysator vorgenommen wird.
    2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Salze der Metall der 1. und/oder 2.
    Nebengruppe des periodischen Systems Kupfersulfat, Zinkchlorid oder Quecksilbersulfat verwendet werden.
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