CH514569A - Verfahren zur Herstellung von Oxetan-Derivaten - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung von Oxetan-Derivaten
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung neuartiger Oxetan-Derivate der Formel
EMI1.1     
 worin bedeuten:
R1, R2 Wasserstoff, gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Alkenylreste mit bis zu zwei Doppelbindungen, cycloaliphatische Reste, Aryl- oder heterocyclische Reste, wobei   R1    und R2 gleich oder verschieden sind, oder R1 und R2 bilden mit dem Oxetan-C-Atom, woran sie gebunden sind, einen gesättigten carbocyclischen Ring, in dem gegebenenfalls eine Methylengruppe   durch -N(AI-    kyl)- oder -N(Benzyl)- ersetzt ist, und
R3 einen gegebenenfalls substituierten, jedoch von primären und sekundären Aminogruppen freien Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder heterocyclischen Rest.



   Die Herstellung dieser neuen Verbindungen erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass man eine Verbindung der Formel
EMI1.2     
 mit einem Isonitril der Formel
R3-NC   (III)    in Gegenwart einer wasserfreien starken Säure vom Friedel-Crafts-Typ umsetzt und das Reaktionsgemisch anschliessend neutralisiert.



   Dieses Verfahren muss als ausgesprochen überraschend bezeichnet werden, da bekannt ist, dass Carbonylverbindungen mit Isonitrilen zu   ,a-Hydroxycarbonsäure-    amiden reagieren (Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 98, 936   (1965)1.   



   Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren   erhältli-    chen Verbindungen entsprechen der Formel
EMI1.3     
 worin die Reste R1, R2 und   R3    die obengenannte Bedeutung besitzen.



   Als Alkyl-Reste (R1, R2) seien geradkettige oder verzweigte Reste mit 1 - 18, vorzugsweise 1 - 8 Kohlensfoffatomen genannt, die eine oder zwei Doppelbindungen enthalten können. Für den Fall, dass die Alkyl-Reste zusammen mit der Carbonyl-Gruppe (Formel II) Bestandteile eines Ringsystems bilden, sind vorzugsweise 5- oder 6gliedrige Ringsysteme zu verstehen, wobei gegebenenfalls eine Methylengruppe durch einen niederen N-Alkyl Rest bzw. einen N-Benzyl-Rest ersetzt ist.



   Als Substituenten, vorzugsweise 1 - 2, im Alkyl-Rest seien genannt: Halogene (vorzugsweise Fluor, Chlor, Brom), Alkoxy- oder Alkylmercapto (vorzugsweise 1 - 4 Kohlenstoffatome), -NH2, -NH-Alkyl (vorzugsweise   C1-6),    Dialkylamino (vorzugsweise C1-4), wobei die Alkyl-Gruppen zusammen mit dem Stickstoffatom auch Bestandteil eines vorzugsweise 5- oder 6gliedrigen heterocyclischen Ringsystems sein können, -COO-Alkyl (vorzugsweise   C1),    aliphatisches Acyloxy (Acyl vorzugsweise   C1 6),    gegebenenfalls substituierter Phenyl-Rest (Substituenten: Halogene, Alkoxy (vorzugsweise   C1 .s),    NO2) oder hetero  cyclischer Rest, vorzugsweise mit 5 oder 6 Ringgliedern, der 1-3 gleiche oder verschiedene Heteroatome wie Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel enthalten kann.



   Als cycloaliphatische Reste (R1, R2) (vorzugsweise mit 1 oder 2 Substituenten) seien solche mit 3 - 12, vorzugsweise mit 5, 6, 8 oder 12 Kohlenstoffatomen im Ringsystem genannt. Als Substituenten im cycloaliphatischen Rest seien Halogene, Alkoxy- und Alkylmercapto-Gruppen mit dem beim Alkyl-Rest genannten Bedeutungsumfang zu verstehen; als Substituenten seien neben -NH2, -NH-Alkyl, Dialkylamino, -COO-Alkyl und aliphatisches Acyloxy genannt, wobei diese Reste ebenfalls den beim Alkyl-Rest angeführten Bedeutungsumfang besitzen.



   Als gegebenenfalls substituierte Aryl-Reste (R1, R2) sind vorzugsweise solche mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen im Ringsystem zu verstehen, die gegebenenfalls einen oder mehrere, vorzugsweise 1 oder 2 gleiche oder verschiedene Substituenten enthalten können wie z.B.: Alkyl-,   Alkoxy-,    Alkylmercapto-, Dialkylamino-, NO2, Halogene sowie m- oder p-ständige Hydroxy- sowie m- oder p-ständige Amino-Gruppen. Diese Substituenten können dabei den gleichen Bedeutungsumfang haben wie bei den Substituenten des Alkyl-Restes angegeben.



   Als heterocyclische Reste (R1,   R2)    sind vorzugsweise solche mit 5, 6 oder 7 Ringgliedern zu verstehen, welche 1 - 3 Heteroatome wie Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel enthalten können und wobei das   Hetero-Ringsystem    gegebenenfalls mit einem Benzolring oder einem ganz oder partiell hydrierten aromatischen Ringsystem anelliert sein kann. Als Substituenten des heterocyclischen Restes seien Alkyl, Halogene, NO2, Alkoxy und Dialkylamino genannt, wobei diese Substituenten den beim Alkylrest angegebenen Bedeutungsumfang haben können.



   Die gegebenenfalls substituierten Alkyl-Reste (R3) sind gleich oder verschieden von R1 und R2, haben jedoch im Prinzip den gleichen Bedeutungsumfang; als Substituenten enthalten sie aber keine Amino- und keine NH-Alkyl-Gruppen. Auch der gegebenenfalls substituierte Cykloalkyl- bzw. Arylrest   (R2)    entspricht analogerweise der für R1 und R2 angegebenen Erläuterung, wobei jedoch ebenfalls Amino- und   NIS-Alkyl-Gruppen    als Substituenten ausgeschlossen sind.



   Der heterocyclische Rest (R3) kann gleiche oder verschiedene Bedeutung haben wie sie oben für R1 bzw. R2 angegeben ist.



   Als für das Verfahren Verwendung findende Carbonyl-Verbindungen seien beispielsweise genannt: Formaldehyd. Acetaldehyd, Propionaldehyd, Butylaldehyd, Cyclopentylformaldehyd, Chloracetaldehyd, Chloral,   ,B-    -Dimethylaminopropionaldehyd, Aceton, Chloraceton, 1,3-Dichloraceton, Acetoxyaceton.

  Methoxyaceton, Methylmercaptoaceton,   ,-Dimethoxybutanon-(2),      ,B-Di-    äthylaminobutanon-(2), Methylvinylketon, Cyclopentanon, Cyclohexanon, Brenztraubensäureäthylester, Benzaldehyd, p-Chlorbenzaldehyd, m- und p-Nitrobenzaldehyd, 3,4- Dimethoxybenzaldehyd,   2 - Chlor -5    -nitrobenzaldehyd. 4-Dimethylaminobenzaldehyd Dihydrozimtaldehyd, Zimtaldehyd, p-Nitroacetophenon,   p-Chloracetophenon,    Furfurol, 5-Nitrofurfurol, 5-Methylfurfurol, Thiophen -(2)-aldehyd, Pyridin-(2)-aldehyd und Pyridin-(4)-aldehyd.



   Als Isonitrile seien beispielsweise genannt: Äthyliso   nitril, S-Chloräthylisonitri1,    Allylisonitril, n-und tert. Butylisonitril, Cyclohexyl- und Cyclohexen-(1)-ylisonitril, N   -(--Isocyanopropyl)-morpholin,    Benzylisonitril,   o-    und p Tolylisonitril, Isocyanoessigsäureäthylester
Im allgemeinen werden Carbonylverbindungen und Isonitril im stöchiometrischen Molverhältnis (1 : 2) zur Umsetzung gebracht, jedoch kann das Verfahren auch bei Verwendung von unter- oder überschüssiger Menge an Isonitril durchgeführt werden. Das Molverhältnis kann im Bereich von etwa 1   1    zu etwa 1 : 4 liegen.

  Als wasserfreie starke Säuren seien beispielsweise genannt: Borfluorid, Borfluorid-Ätherat, wasserfreie Schwefelsäure, Chlorwasserstoff, Zinntetrachlorid, Aluminiumchlorid, also Verbindungen, die als typische saure Katalysatoren bei der Friedel-Crafts-Synthese gebräuchlich sind.



  Sie werden im allgemeinen in Mengen von 0,1 bis 15, vorzugsweise 1 - 5 Molprozent, bezogen auf die Carbonylkomponente eingesetzt; die Reaktion gelingt aber auch in Gegenwart stöchiometrischer Mengen an Säure.



   Das Verfahren wird zweckmässig im Temperaturbereich von etwa   200    bis etwa +   100 ,    vorzugsweise   - 100    bis 400C durchgeführt.



   Die Umsetzung kann sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit von organischen Lösungsmitteln erfolgen; diese müssen gegen die verwendeten Reaktionsteilnehmer inert sein und, falls man unter Normaldruck arbeitet, einen mindestens der Reaktionstemperatur entsprechenden Siedepunkt besitzen. Als derartige Lösungsmittel seien Kohlenwasserstoffe wie Petroläther, Benzol und Toluol, Halogenkohlenwasserstoffe wie Chlorbenzol, Tetrachlorkohlenstoff oder Chloroform und Äther wie Diäthyläther, Dibutyläther, Glykoldiäthyläther, Tetrahydrofuran oder Dioxan genannt.



   Nach beendeter Umsetzung wird das Reaktionsgemisch neutralisiert. Dies geschieht vorzugsweise mittels wässriger, schwach basischer Lösungen z.B. von Carbonaten oder Bicarbonaten der Alkalimetalle (vorzugsweise Natrium oder Kalium) oder mit verdünnten wässrigen Lösungen aliphatischer organischer Amine wie z.B. Di äthylamin, Triäthylamin sowie auch mit wässriger Ammoniak-Lösung.



   Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhältlichen neuen Diiminooxetane können nach üblicher Isolierung durch Destillation oder Umkristallisieren gereinigt werden. Sie sind wertvolle Zwischenprodukte zur Herstellung von Kunststoff-Hilfsprodukten.



   Beispiel   1   
Eine Lösung von 18,4 g Chloraceton.   33,2g    tert. Butylisonitril und 40 ml Petroläther wird bei 5 -   lO0C    innerhalb etwa 40 Minuten unter Eiskühlung mit einer Lösung von 1 ml Borfluorid-Ätherat in 30 ml Äther versetzt. Die klare Lösung wird 4 Stunden bei Zimmertemperatur nachgerührt und dann mit 400 ml halbgesättigter Natriumhydrogencarbonat-Lösung versetzt. Anschliessend wird mit Äther extrahiert, dann diese Ätherlösung über Natriumsulfat getrocknet, eingeengt und destilliert Man erhält 47,5 g (= 92% d.Th.) 2,3-Di-tert. butylimino-4 -methyl-4-chlormethyloxetan vom Siedepunkt 60 - 650C/ 0,06 Torr. Beim Abkühlen erstarrt das Produkt zu farblosen Kristallen.

 

   Die Verbindung zeigt im Infrarotspektrum zwei charakteristische Banden bei 1710 und   1728    cm-1, die den beiden am Oxetanring stehenden Iminogruppen zuzuordnen sind; erwartungsgemäss findet sich keinerlei Absorption im Bereich zwischen 1500 und 1700   cm-1,    so dass eine Amidstruktur ausgeschlossen werden kann. Das Kernresonanzspektrum zeigt vier scharfe Banden im Flächenverhältnis 9 : 9 : 3 : 2, wie es vom 2,3-Di-tert.



  butylamino-4-methyl-4-chlormethyloxetan zu verlangen ist.  



  Analyse für   C13H23N2OC1    (Molgew. 258,81): ber.: N 10,83 Cl 13,70 gef.: N 10,9 Cl 14,1
Beispiel 2
Eine Lösung von 5,8 g Aceton, 16,6 g tert. Butylisonitril und 20 ml Petroläther wird bei 5 - 100C innerhalb von etwa 20 Minuten mit einer Lösung von 0,5 ml Borfluorid-Ätherat in 25 ml Äther unter Eiskühlung verrührt.



  Nach dreistündigem Rühren bei Raumtemperatur wird die klare Lösung mit 250 ml halbkonzentrierter Natriumhydrogencarbonat-Lösung versetzt und mit Äther extrahiert. Nach Trocknen der Ätherlösung über Natriumsulfat und anschliessendem Einengen erhält man 22 g (98% d.Th.)   2,3-Di-tert.butylimino-4,4-dimethyloxetan.    Eine Analysenprobe wurde durch Destillation gereinigt (Kp 1000/10 Torr.).



  Analyse für   C13H24N20    (Molgew. 224,34): ber.: C 69,59 H 10,78 N 12,49 gef.: C 68,9 H 10,9 N 12,2
Beispiel 3
Verwendet man 12,7 g 1,3-Dichloraceton statt Aceton und arbeitet man im übrigen wie in Beispiel 2, so erhält man 29 g (98% d.Th.) 2,3-Di-tert.butylamino-4,4-bis -chlormethyloxetan als ein bei 900/0,07 Torr. destillierendes, hellgelbes   Öl,    das bei Zimmertemperatur fest wird.



  Analyse für   C13H22N2OCl2    (Molgew. 293,24): ber.: C 53,24 H 7,56 N 9,55 Cl 24,18 gef.: C 53,0 H 7,6 N   9*5    Cl 24,3
Beispiel 4
11,6 g Acetoxyaceton, 8,3 g tert. Butylisonitril und 20 ml Petroläther werden mit einer Lösung von 0,25 ml Borfluorid-Ätherat in 20 ml Äther bei 2 - 60C (Eisbad) versetzt und   31%    Stunden bei Zimmertemperatur verrührt.



  Nach der wie in den ersten Beispielen durchgeführten Aufarbeitung erhält man 7 g   (50ovo    d.Th.)   2,3-Di-tert.    butylimino-4-methyl-4-acetoxymethyloxetan vom Kp 700C/ 0,1   Torr.;    F.   42-430C.   



   5,5 g Acetoxyaceton wurden zurückgewonnen.



   Beispiel 5
6,2 g-Butyraldehyd werden mit 16,6 g tert.butylisoni   tril entsprechend    Beispiel 2 umgesetzt. Man erhält 12,5 g (55% d.Th.) 2,3-Di-tert.butylimino-4-propyloxetan vom Kp   850C/0.1    Torr; farblose Flüssigkeit;   nD20    = 1.4491.



   Beispiel 6
Eine Suspension von 7 g p-Chlorbenzaldehyd in 8,3 g tert.Butylisonitril und 20 ml Äther wird mit einer Lösung von 0,25 ml Borfluorid-Ätherat in 20 ml Äther bei 100C unter Eiskühlung versetzt und nach   3%    Stunden bei Zimmertemperatur aufgearbeitet. Man erhält 15 g (98% d.Th.) 2,3-Di-tert.butylamino-4-p-chlorphenyloxetan in Form eines gelben Rohproduktes, das nach dem Umkristallisieren aus Äther farblose Kristalle liefert; F: 100- 1020C.



   Beispiel 7
5,8 g Aceton werden entsprechend Beispiel 2 mit 21,8 g Cyclohexylisonitril umgesetzt, wobei man 17 g    < 61%    d.Th.) 2,3-Di-cyclo-hexylimino-4,4-dimethyloxetan erhält; Kp 120-1250C/0,05 Torr. F:   57-590C.   



   Beispiel 8
Eine Lösung von 9,2 g Chloraceton und 21,8 g Cy   elohexylisonitril    in 20 ml Petroläther wird mit einer Lösung von 0,5 ml Borfluorid-Ätherat in 25 ml Äther in 8 Minuten unter Eiskühlung versetzt, wobei die Temperatur von 20 auf 180C steigt,   31    Stunden bei Raumtemperatur verrührt. Nach der üblichen Aufarbeitung erhält man 27 g öliges Rohprodukt, das noch etwas Isonitril enthält. Das 2,3-Dicyclohexylimino-4-methyl-4-chlormethyloxetan siedet bei   1 300C/0,05    Torr (Luftbad).



   Beispiel 9
14,8 g Chloral werden zu einer Lösung von 16,6 g tert. Butylisonitril in 20 ml Petroläther (30 - 500C) getropft. Aus dem Chloral entstehender Chlorwasserstoff dient als Katalysator, so dass die Reaktion von selbst in Gang kommt und das Gemisch für einige Minuten auf Rückflusstemperatur (490C) erwärmt. Nach der Aufarbeitung erhält man das 2,3-Di-tert.butylimino-4-trichlormethyloxetan vom F.: 59 -   61 0C;    Ausbeute 68% der Theorie.



   Beispiel 10
5,8 g Aceton, 8 g Äthylendiisonitril und 100 ml Petrol äther/Äther   (1:1)    werden bei 50C unter Eiskühlung mit 1/2 ml Borfluorid-Ätherat in 100 ml Petroläther/Äther   (1: 1)verrührt.   



   Nach dreistündiger Reaktion wird aufgearbeitet. Das rohe   2,3-Athylendiimino-4,4-dimethyloxetan    zeigt typische Infrarotabsorption bei 1710 und 1730   cm-t.   



   Beispiel 11
11,3 g N-Methylpiperidon-(4) (0,1 m), 16,6 g tert.



  Butylisonitril (0,2 m), 20 ml Petroläther und 50 ml Tetrahydrofuran werden bei 0 - 50C in ca. 10 Minuten unter Kühlung mit einer Lösung von 15 g Brofluorid-Ätherat (= 0,105 m, davon 0,1 m zum Neutralisieren der Aminogruppe im Piperidon) in 20 ml Äther versetzt. Nach dreistündigem Rühren bei Raumtemperatur wird mit Natriumbicarbonatlösung aufgearbeitet, wobei man 15,5 g (51% der Theorie)   2,3-Di-tert.-butylimino-4,4-(3'N-me-    thyl-aza)-pentamethylenoxetan erhält. F.: 111 -   1 130C.   



   Beispiel 12
5,8 g (0,1 Mol) Aceton und 30,8 g (0,2 Mol) y-(N -Morpholino)-propylisonitril werden in 100 ml Tetrahydrofuran bei   OOC    in 15 Minuten mit 30 g (0,21 Mol) Borfluorid-Ätherat versetzt. Nach vier Stunden bei Zimmertemperatur wird mit Bicarbonatlösung neutralisiert.



  Extraktion mit Äther liefert 24 g eines nicht destillierbaren Öles, das bei 1710 und 1730   cm-t    zwei Absorptionsbanden zeigt, wie es für 2,3-Di-y-Morpholinopropylimino-4,4-dimethyloxetan zu erwarten ist.



   In analoger Weise wurden die aus der folgenden Tabelle ersichtlichen Carbonylverbindungen mit tert. Butylisonitril zu 2,3-bi-tert.Butyliminooxetanen umgesetzt, wobei als Katalysator jeweils Borfluorid-Ätherat, als Lösungsmittel Petroläther und Äther verwendet werden.



   Beispiel 13
Analog Beispiel 8 werden 4,4 g Acetaldehyd mit 17 g   -Methoxyäthylisonitril    umgesetzt. Die Aufarbeitung in üblicher Weise liefert 5 g   (23wo    der Theorie)   2,3-Di-;B-    -methoxy-äthyl-4-methyloxetan vom Siedepunkt 900/0,05 Torr.  
EMI4.1     


<tb>  <SEP> Reaktionszeit <SEP> in <SEP> Tagen <SEP> bei
<tb> AldehydlKeton <SEP> Raumtemperatur, <SEP> falls <SEP> Ausbeute <SEP> F. <SEP> bzw.

  <SEP> Kp/Torr
<tb>  <SEP> nicht <SEP> anders <SEP> angegeben
<tb> CGH5CHO <SEP> 3 <SEP> 74% <SEP> 75 <SEP> - <SEP> 760C
<tb> p-NO2-C6H4CHO <SEP> 1 <SEP> 52% <SEP> 90- <SEP> 930C
<tb> C6HG-CH2-CHO <SEP> 1 <SEP> 93% <SEP> (roh) <SEP> (loooc/o,os
<tb>  <SEP> Luftbad)
<tb> CH--CO-CH2-CH(OCH3)2 <SEP> 18 <SEP> Stunden <SEP> 60% <SEP> (850C/0,05)
<tb> CH3-CO-CH(-OCH3)o <SEP> 3 <SEP> 76% <SEP> (700C/0,05)
<tb> CH3-CO-COOC2H5 <SEP> 2 <SEP> 77% <SEP> (roh) <SEP> (820C/0,06)
<tb> 40 <SEP>   <SEP> 40 <SEP> Stunden <SEP> 93% <SEP> 55 <SEP> 570C
<tb> Mi
<tb> (CH3-CO-CH2)2 <SEP> 4 <SEP> Stunden <SEP> 90% <SEP> (roh) <SEP> 130- <SEP> 1320C
<tb> Br-CH2-COCH2-Br <SEP> 20 <SEP> Stunden <SEP> 60% <SEP> fest, 

   <SEP> zersetzlich
<tb> CH
<tb>  <SEP> C= <SEP> CH-CH2-CH-CO-CH3 <SEP> 20 <SEP> Stunden <SEP> 25% <SEP> (95 <SEP> 0C/0,04)
<tb> CH3
<tb> CH3
<tb>  <SEP> CH-CHO <SEP> 20 <SEP> Stunden/0 C <SEP> 84% <SEP> (990C/13)
<tb> CH3
<tb> CH.2O <SEP> 3 <SEP> Stunden <SEP> 50% <SEP> (600C/0,1)
<tb>  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel EMI4.2 worin bedeuten: Rl, R2 Wasserstoff, gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Alkenylreste mit bis zu zwei Doppelbindungen, cycloaliphatische Reste, Aryl- oder heterocyclische Reste, wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sind, oder R1 und R2 bilden mit dem Oxetan-C-Atom, woran sie gebunden sind, einen gesättigten carbocyclischen Ring, in dem gegebenenfalls eine Methylengruppe durch -N(AI- kyl)- oder -N(Benzyl)- ersetzt ist, und R3 einen gegebenenfalls substituierten, jedoch von primären und sekundären Aminogruppen freien Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder heterocyclischen Rest.

   dadurch gekennzeichnet, dass man eine Verbindung der Formel EMI4.3 mit einem Isonitril der Formel R3-NC (III) in Gegenwart einer wasserfreien starken Säure vom Friedel-Crafts-Typ umsetzt und das Reaktionsgemisch anschliessend neutralisiert.