CH623306A5 - Process for the preparation of pyrrole-2-acetonitriles - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pyrrol-2-acetonitrilen. Im besonderen betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren, bei dem man ein Dialkylsulfat mit einem Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin unter Bildung eines quaternären Salzzwischenprodukts und dieses seinerseits dann mit einer Alkalicyanidverbindung umsetzt, wodurch das Amin verdrängt und ein Pyrrol-2-acetonitril gebildet wird.

Es ist bekannt, Pyrrol-2-acetonitrile, beispielsweise Pyr-rol-2-acetonitril und N-Methylpyrrol-2-acetonitril, dadurch herzustellen, dass man Trimethyl-(pyrrol-2-methyl)-ammo-nium-jodid bzw. Trimethyl-(N-methylpyrrol-2-methyl)-am-monium-jodid mit Natriumcyanid umsetzt. Trimethyl-(pyr-rol-2-methyl)-ammonium-jodid und Trimethyl-(N-methyl-pyr-rol-2-methyl)-ammonium-jodid werden in bekannter Weise dadurch hergestellt, dass man Methyl-jodid einer alkoholischen Lösung von Dimethyl-(pyrrol-2-methyl)-amin bzw. Di-

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R,

CH2-N

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R-

R

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worin Rj die oben angegebene Bedeutung hat. und die Reste 60 R2 und R3, unabhängig voneinander, gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen sind, mit einem Dialkylsulfat unter Bildung des entsprechenden quar-ternären Salzes umsetzt und das Amin aus dem Salz mit wäss-rigem Alkalimetallcyanid in Gegenwart eines Wasser-nicht-65 mischbaren Lösungsmittels, in dem das Pyrrol-2-acetonitril löslich ist, verdrängt, ist dadurch gekennzeichnet, dass man in getrennten Stufen das quaternäre Salz in der wässrigen Phase bildet und dann zu einem wässrigen Alkalimetallcyanid zugibt.

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das im Überschuss von 110 bis 180% der stöchiometrisch erforderlichen Menge und in Gegenwart von 1,5 bis 10 Gewichtsteilen nicht mischbarem Lösungsmittel, bezogen auf das Aus-gangs-Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin, verwendet wird, und dass man die Reaktionstemperatur bei 75 bis 100° C hält.

In ähnlicher Weise wie in der US-Patentschrift 3 523 952 beschrieben, besteht das Verfahren darin, dass man eine Man-nich-Base, wie ein Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin, mit einem Alkylierungsmittel unter Bedingungen, die die Quarternisie-rungsreaktion vorzugsweise erleichtern, behandelt, dass man im wesentlichen quantitative Ausbeuten des entsprechenden quaternären Salzes erhält. In der Verdrängungsstufe behandelt man dann das gebildete quaternäre Salz vorzugsweise mit einem Alkalicyanid, wodurch das Amin durch das Nitrii unter Bildung des gewünschten Pyrrol-2-acetonitrils verdrängt wird. Nach der vorliegenden Erfindung führt man die Verdrängungsreaktion in der Weise aus, dass man die Beschickungsgeschwindigkeit des quaternären Salzes zu dem heissen wässrigen Alkalicyanid in Gegenwart des wasser-nicht-mischbaren Lösungsmittels üblicherweise so steuert, dass die Gasbildung während der Verdrängung gesteuert und graduell und ohne übermässige Schaumbildung schnelle Erhöhung des Drucks oder der Temperatur der Reaktion, die ihrer Natur nach exotherm ist, durchführt. Weiterhin ermöglicht die gesteuerte Beschickung in der Verdrängungsreaktion in der Regel eine wesentliche Senkung der verwendeten Alkalicyanidmenge, ohne dass dadurch die Ausbeute an gewünschtem Pyrrol-2-acetonitril gesenkt wird. Diese Vorteile können in dem er-findungsgemässen Verfahren unter Verwendung der bisher verwendeten Alkylierungsmittel, wie Dimethylsulfat, erzielt werden. Ein weiterer Vorteil nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann dadurch erzielt werden, dass man andere Dialkylsulfatalkylierungsmittel, wie die Alkylsulfate mit höherem Molekulargewicht, verwendet. Typischerweise sind die Dialkylsulfate mit Alkylgruppen, die 2 bis etwa 4 Kohlenstoffatome enthalten, z. B. Dipropylsulfat, Dibutylsulfat und vorzugsweise Diäthylsulfat, die für diese Fälle geeigneten Alkylierungsmittel. Es wird beispielsweise die Verwendung von Diäthylsulfat bevorzugt, weil es weniger gefährlich ist, da es im wesentlichen nicht toxisch ist und bei Verdrängung ein weniger flüchtiges Dimethyläthylamin bildet und damit die Neigung zur Schaumbildung während der Verdrängungsreaktion verringert wird. Derartige Erwägungen ermöglichen im allgemeinen die Verdrängungsreaktion entweder durch Zuführung des quaternären Salzes zu dem wässrigen Alkalicyanid oder umgekehrt durchzuführen. Durch das oben ausgeführte Verfahren ist es in der Regel möglich, Pyrrol-2-acetonitrile mit einem hohen Verhältnis an gewünschtem Material im Vergleich zu anderen Isomeren, wie kernsubstituierten Cyaniden, z.B. 1,2-Dime-thyl-5-cyanopyrrol, herzustellen.

Weil die Quaternisierungsstufe im wesentlichen quantitativ abläuft, sind normalerweise nur äquivalente oder stöchiometri-sche Mengen an Mannich-Base, z. B. Dialkyl-(pyrrol-2-me-thyl)-amin und Alkylierungsmittel erforderlich. Die Dialkyl-gruppen an dem Aminorest können Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Methyl-, Äthyl-, Propyl- oder Butyl-gruppen oder ihre Isomeren sein, wie oben für die Reste R2 und R3 definiert.

Die Alkylierungsmittel sollten im allgemeinen zur Bildung von quaternären Salzen mit dem Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin geeignet sein. Zu geeigneten Alkylierungsmitteln gehören z. B. Alkylsulfate, wie Dimethylsulfat, Diäthylsulfat und dergleichen. Einige der vorausbezeichneten Alkylierungsmittel sind üblicherweise extrem toxisch, wie beispielsweise Dimethylsulfat. Es werden demgemäss Alkylsulfate mit höherem Molekulargewicht, wie Diäthylsulfat, in der Regel bevorzugt.

Wegen der exothermen Natur der Alkylierungsreaktion wird das Reaktionsgemisch während der Quaternisierungsstufe vorzugsweise gekühlt. Es kann jedes geeignete herkömmliche Mittel hierzu verwendet werden, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Vorzugsweise stellt man das Reaktionsgemisch etwa bei Raumbedingungen, etwa 25 ° C, wie dies herkömmlicherweise beschrieben ist, her.

Vorzugsweise führt man die Reaktion in wässriger Suspension unter Rühren durch, um einen innigen Kontakt der Reaktionspartner sicherzustellen. Die Reaktion sollte normalerweise ausreichend lange ablaufen, um den Reaktionspartnern zu ermöglichen, die Reaktion im wesentlichen zu beenden. Nach der Zugabe des Alkylierungsmittels kann das Reaktionsgemisch unter Rühren gehalten werden, um die Beendigung der Reaktion sicherzustellen. Die Beendigung der Reaktion kann durch Analyse des Reaktionsgemischs auf nicht umgesetzte Mannich-Base, z. B. Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin, geprüft werden. Aus Zweckmässigkeitsgründen kann angenommen werden, dass die Reaktion beendet ist, wenn sie eine Phase enthält.

Die Verdrängungsstufe führt man im allgemeinen unter gesteuerter Reaktion des quaternären Salzes mit wässriger Alka-licyanidlösung mit einem wasser-nicht-mischbaren Lösungsmittel durch. Es kann irgendein geeignetes Alkalicyanid verwendet werden, wie Natrium- oder Kaliumcyanid, vorzugsweise Natriumcyanid. Die Menge des Alkalicyanids sollte üblicherweise ausreichend sein, um mit dem gebildeten quaternären Salz zu reagieren. Es wurde festgestellt, dass Alkalicyanid im allgemeinen im Überschuss vorhanden sein muss, um ausreichende Ausbeuten zu erzielen. Vorzugsweise wird ein über 100%iger Überschuss verwendet, es wurde jedoch festgestellt, dass auch ein etwa 10 bis etwa 80%iger Überschuss ausreichend ist, um gute Ausbeuten nach dem erfindungsgemässen Verfahren zu erzielen.

Insbesondere kann ein 25- bis 40%iger Überschuss an Alkalicyanid verwendet werden. Mit anderen Worten, wird das Alkalicyanid in einer Menge im Bereich von 110 bis etwa 180 Gew.% der stöchiometrischen Menge, bezogen auf die Mannich-Base, d.h. dem Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin, verwendet. Vorzugsweise kann eine Menge Alkalimetallcyanid von etwa 125 bis etwa 140 Gew.% der stöchiometrischen Menge, bezogen auf die Mannich-Base, d.h. Dialkyl-(pyrrol-2-me-thyl)-amin, verwendet werden. Wie oben angegeben, wird es im allgemeinen bevorzugt, wenn Dimethylsulfat als Alkylierungsmittel verwendet wird, das quaternäre Salz zu dem Alkalimetallcyanid aus den angegebenen Gründen zuzuführen. Anderseits ermöglicht die Verwendung von Diäthylsulfat als Alkylierungsmittel in der Regel jede andere Zuführungsart zu verwenden, z. B. entweder das quaternäre Salz zu dem Alkalimetallcyanid oder das Alkalimetallcyanid zu dem quaternären Salz zuzugeben. Welche Zuführungsart man auch auswählt, so wird die Beschickungsgeschwindigkeit z. B. so gesteuert, dass vermieden wird, dass die exotherme Reaktion unkontrollierbar wird. Die Beschickungsgeschwindigkeit sollte üblicherweise ausreichend sein, um eine ausreichende Ausbeute der gewünschten Pyrrol-2-acetonitrile zu erzielen, aber sie sollte so nieder sein, dass unvernünftig lange Reaktionszeiten erforderlich werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei Reaktionsge-fässen unterschiedlicher Grösse mit wechselnden Wärmeüber-tragungs- zu Volumenverhältnissen die Beschickungsgeschwindigkeit sich ändern kann. Es kann bei verschiedenen Oberflächen- zu Volumenverhältnissen eine höhere oder geringere Beschickungsgeschwindigkeit oder ein von aussen wirkender Wärmeaustauscher verwendet werden. Es sollte daher, je nach der Grösse des Reaktionsgefässe, im allgemeinen die Beschickungsgeschwindigkeit vorzugsweise ausreichend sein, gute Reaktionsverhältnisse sicherzustellen, aber es sollte nicht Schaumbildung oder technisch undurchführbare Zykluszeiten verursachen.

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Das wasser-nicht-mischbare Lösungsmittel kann irgendeine Flüssigkeit sein, die im wesentlichen gegenüber den Reaktionspartnern inert ist und ausreichend Lösungskraft hat, um die Pyrrol-2-acetonitrile zu lösen. Zu Beispielen solcher Lösungsmittel gehören Benzol und seine Homologen und haloge-nierte Alkane, wie beispielsweise Benzol, Toluol, Xylol, chlorierte Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt über der Reaktionstemperatur, z. B. Äthylenchlorid, Trichloräthylen, Perchloräthylen, Methylchloroform und dergleichen. Solche Lösungsmittel sind üblich und z. B. in der US-Patentschrift 2 523 952 beschrieben. Das Lösungsmittel sollte nur in einer solchen Menge verwendet werden, die ausreichend ist, in der Regel ein leicht zu rührendes Reaktionsgemisch beizubehalten. Aus Zweckmässigkeitsgründen wird normalerweise die Menge Lösungsmittel in bezug auf die Menge verwendetes Mannich-Base-Ausgangsmaterial angegeben. Die Wirkung einer zu geringen Menge Lösungsmittel besteht üblicherweise darin, die Ausbeute an gebildeten Pyrrol-2-acetonitrilen zu senken. Es wird daher bevorzugt, wenigstens etwa 1,5 Teile Lösungsmittel pro Teil Mannich-Base, d.h. pro Teil Dialkyl-(pyrrol-2-me-thyl)-amin, zu verwenden. Vorzugsweise können etwa 1,5 bis etwa 10 Teile Lösungsmittel pro Teil Mannich-Base verwendet werden. Um jedoch die Grösse der Reaktionsvorrichtung zu verringern und die Produktivität des Reaktors zu erhöhen,

wird üblicherweise ein Zwischenbereich bevorzugt. Es wurde festgestellt, dass beispielsweise etwa 3 bis etwa 5 Teile Lösungsmittel pro Teil Mannich-Base annehmbare Ausbeuten liefern, ohne dass unnötig erhöhte Kapitalinvestierungen oder gesenkte Produktivität bei einem gegebenen Reaktionsgefäss eintritt.

Die Reaktionstemperatur der Verdrängungsreaktion hängt in der Regel etwas von dem ausgewählten Lösungsmittel und der Reaktionsstufe ab. Die Reaktion beginnt bei 80° C und man steuert üblicherweise die Temperatur vorzugsweise zwischen etwa 76 und etwa 95° C unter Rückflussbedingungen. Dabei bewegt sich die Temperatur anfangs normalerweise in dem oberen Teil und wird allmählich leicht in dem Masse gesenkt, wie sich das niedersiedende Aminnebenprodukt bildet. Es wird weiterhin bevorzugt, dass die gesteuerte Zugabe des quaternären Salzes oder des wässrigen Alkalicyanids, abhängig von den ausgewählten Reaktionspartnern, üblicherweise ausreichend lange stattfindet, um ausreichendes Ablassen, Wärmeübertragung und Ausbeute zu ermöglichen. Im allgemeinen können Zykluszeiten von etwa 2 bis etwa 8 Stunden oder mehr, je nach dem Umfang des Verfahrens und den verwendeten Temperaturen, verwendet werden.

Im allgemeinen kann das Gesamtverfahren zur Herstellung der Pyrrol-2-acetonitrilverbindungen dieser Erfindung wie folgt beschrieben werden: Einem geeigneten Reaktionsgefäss führt man Mannich-Base und Wasser zu. Rührwerk und Kühlmedium am Reaktor werden angestellt. Dann wird das Alkylierungsmittel ausreichend lange beigegeben, dass die Reaktionstemperatur bei etwa 25° C unter Kühlen z. B. etwa 30 bis etwa 60 Minuten beibehalten wird. Die Reaktionsbedingungen werden ausreichend lange so gehalten, dass die Beendigung der Reaktion ermöglicht wird, beispielsweise etwa 90 bis etwa 120 Minuten, wonach das Reaktionsgemisch untersucht wird, um festzustellen, ob man eine klare, wasserlösliche, einphasige Lösung erhalten hat. Ist dies der Fall, wird das Verfahren fortgesetzt. Wenn nicht, wird das Rühren fortgesetzt, bis eine klare, wasserlösliche, einphasige Lösung erhalten wird. In einem getrennten Reaktor gibt man Toluol und Wasser zu. Das Rührwerk wird betätigt und festes Natriumcyanid dem Reaktor zugegeben. Die Zugabe sollte vorsichtig wegen der Toxizität des Natriumcyanids vorgenommen werden. Den Reaktor erhitzt man am Rückfluss bei etwa 90° C. Das Reaktionsgemisch aus dem ersten Reaktor gibt man dann zu dem zweiten Reaktor in einer ausreichenden Geschwindigkeit, um eine gute Reaktion zu erzielen, jedoch ohne Schaumbildung und Druckaufbau wegen der Verdrängung des Alkylamins, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 4 1/Min., wobei man den Rückfluss etwa 30 Minuten beibehält. Es kann aber 5 auch das Toluol dem ersten Reaktor zugegeben werden und das Alkalimetallcyanid und die Wasserlösung dann zu dem Reaktionsgemisch in dem ersten Reaktor zugegeben werden. Den Inhalt erhitzt man dann auf Reaktionstemperatur. Dieses andere Zugabeverfahren wird vorzugsweise dann verwendet, io wenn das Alkylierungsmittel ein Dialkylsulfat mit höherem Molekulargewicht, beispielsweise Diäthylsulfat, ist, das ein qua-ternäres Salz bildet, durch das Dimethyläthylamin verdrängt wird und das weniger flüchtig ist. Danach lässt man die Phasen sich abtrennen und entfernt die wässrige Bodenphase. Die or-15 ganische Phase wird zur Gewinnung des Produkts überführt.

Um die Verbesserung der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik zu erläutern, wurde Beispiel 1 der US-Patentschrift 3 523 952 im Halbmolumfang wiederholt: In einen 2-Liter-3-Halskolben mit Rückflusskühler, Thermome-20 ter, Rührwerk und Tropftrichter gibt man 69 g (0,5 Mol) Di-methyl-(N-methylpyrrol-2-methyl)-amin und 75 ml Wasser. Den Kolben kühlt man in einem Eisbad, um die Temperatur zwischen 15 und 30° C zu halten. Zu dem Kolben gibt man 47,5 ml (0,51 Mol) Dimethylsulfat. Die Zugabe dauert 30 Mi-25 nuten, wobei man das Reaktionsgemisch bei Raumtemperatur etwa 1V2 Stunden rührt. Dann gibt man 250 ml Toluol zu und rührt das Gemisch. Man entnimmt eine Probe und analysiert sie, wozu man sie der Gaschromatographie unterwirft und prüft, ob keine Mannich-Base oder Dimethylsulfat vorliegen. 30 Danach gibt man eine Lösung von 55 g (1,12 Mol) Natriumcyanid in 100 ml Wasser dem Reaktionsgefäss zu. Der herabgesetzte Massstab von Beispiel 1 der US-Patentschrift 3 523 952 verlangt nur die Zugabe von 25 ml Wasser, wobei aber das Cyanid in dieser Menge nicht löslich ist. Dieses Gemisch er-35 hitzt man und lässt die Reaktion anlaufen, wobei man sie bei 85° C ohne Zuführung äusserer Wärme hält. Es tritt nach 20 Minuten ein allgemeiner Rückfluss unter langsamer Gasbildung ein, wobei die Temperatur auf 80° C abfällt und Wärme zugeführt wird. Nach 1V2 Stunden hört die Gasbildung auf. 40 Nachdem man 2 Stunden bei 80-85° C erhitzt hat, kühlt man das Reaktionsgemisch und trennt die Toluolschicht ab. Die wässrige Schicht extrahiert man mit 250 ml Toluol. Während jeder Trennstufe ist Filtrieren wegen der zerrissenen Schicht erforderlich. Diese Schicht wurde ebenso nach dem zweiten 45 Mal abgetrennt und die Toluollösungen für getrennte Analysen gelagert. Die Toluolschicht trocknet man über Magnesiumsulfat, filtriert und strippt das Toluol auf dem Drehverdampfer ab. Die gaschromatographische Analyse des abgestreiften To-luols zeigt, dass es produktfrei ist. Der flüssige Rückstand so wiegt 57 g. Die Flüssigkeit wurde durch eine Vigreux-Kolonne abgetrieben unter spurenweisem Kochen bei 57° C. Die Hauptfraktion hat einen Siedepunkt von 67-74° C und wiegt 47 g. Man erhält eine rohe Ausbeute von 78%. Es enthält jedoch das Produkt zwei Isomere, nämlich N-Methylpyrrol-55 2-acetonitril und l,2-Dimethyl-5-cyanopyrrol in einem Molarverhältnis von 88:12.

Es ist darauf hinzuweisen, dass in dem Beispiel 1 der US-Patentschrift 3 523 952 nicht angegeben ist, dass Nebenprodukte der Reaktion auftreten oder aber dass das Reaktions-60 produkt mit einem Siedepunkt von 72-76° C N-Methyl-pyr-rol-2-acetonitril war und einer Ausbeute von 83 % entspricht. Derartig reine Ausbeuten konnten nicht erzielt werden.

Bei einem Versuch zur Verbesserung der Ausbeute gegenüber dem ersten Versuch wurde ein ähnliches Verfahren im 65 Umfang von 0,323 Mol unter Verwendung der gleichen Reaktionspartner durchgeführt. Der Hauptunterschied bestand darin, dass das quaternäre Salz am Rückfluss erhitzt wurde und dann das wässrige Natriumcyanid zu dem Reaktionsgemisch

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zugegeben wurde. Nach dem Aufarbeiten, wie oben angegeben, senkte sich die Ausbeute an Produkt auf 62 %, wobei das Molarverhältnis Pyrrol-2-acetonitril zu kernsubstituiertem Nitrii wiederum 81:19 war.

Die Reaktion wurde dann im Umfang von 4 Molar und nach dem Verfahren des ersten Versuchs durchgeführt. In einen 5-Liter-Kolben gibt man 552 g (4 Mol) Dimethyl-N-me-thyl-pyrrol-2-methylamin und 550 ml Wasser. Dieses Gemisch kühlt man in einem Eiswasserbad unter Rühren, während man 504 g (4 Mol) Dimethylsulfat zugibt. Man hält die Temperatur zwischen 15 und 20° C. Die Zugabe von Dimethylsulfat dauert über 2 Stunden. Man setzt das Rühren eine Stunde nach beendeter Zugabe fort. Dann gibt man 1700 ml Toluol und eine Lösung von 392 g (8 Mol) Natriumcyanid, gelöst in 750 ml Wasser, zu. Das Gemisch erhitzt man langsam auf 85° C. Bei diesem Zeitpunkt wird die Reaktion eingeleitet und sie wird so heftig, dass das Material in den Kühler und sogar in die grosse Trockeneisfalle schäumt. Es war erforderlich, sie durch einen C02-Feuerlöscher zu kühlen. Ein Teil des Materials ging über die Anschlüsse der Vorrichtung verloren. Es war erforderlich, abwechselnd den Reaktionskolben zu erwärmen und dann den Wärmemantel zu entfernen, um die Reaktion zu steuern. Der Inhalt der Fallen wurde in den Kolben zurückgegossen und das abwechselnde Erhitzen und Kühlen 1V2 Stunden fortgesetzt. Nach dem die exotherme Reaktion beendet und das Rührwerk abgestellt war, erhielt man 3 Phasen, zwei flüssig und eine fest, von der angenommen wurde, dass es Natriumsulfat ist. Das Reaktionsgemisch wurde gekühlt und unter Stickstoff über Nacht stehengelassen. Dann wurde die Flüssigkeit in einen Trenntrichter überführt und die organische Schicht abgetrennt. Die zerrissene Schicht wurde filtriert. Während Wasser zugegeben wurde, um das Salz zu lösen, wurden weitere 1700 ml Toluol zugegeben. Dieses wurde dann auf 75° C erhitzt, wo der allgemeine Rückfluss eintrat, und es wurde eine Stunde gerührt. Die Toluolschicht wurde abgetrennt und die zusammengegebenen organischen Schichten wurden über Magnesiumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel auf dem Drehverdampfer entfernt. Das abgestreifte Toluol wurde mittels Gaschromatographie untersucht und enthielt kein Produkt. Der Rückstand wog 422 g und enthielt 3% Lösungsmittel. Die Ausbeute an rohem Produkt betrug 82% und das Molarverhältnis N-Methylpyrrol-2-acetonitril zu l,2-Dimethyl-5-cyano-pyrrol 76:20.

Im Gegensatz zu diesem Versuch liefert die vorliegende Erfindung ein leicht kontrollierbares Reaktionsverfahren mit hohen Verhältnissen an gewünschtem Pyrrol-2-acetonitril. Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie einzuschränken. Alle Teile beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1

Zu einem geeigneten Reaktionsgefäss gibt man 111 Teile Mannisch-Base, Dimethyl-(N-methylpyrrol-2-methyl)-amin, und 120 Teile Wasser. Man stellt das Rührwerk an und beginnt mit dem Kühlen des Reaktionsgefässes, während 100% der theoretischen Menge Dimethylsulfat langsam zu dem Reaktor zugeführt werden. Man hält die Temperatur bei etwa 25° C während der Zugabe, die 30 Minuten dauerte. Nach beendeter Zugabe setzt man das Rühren weitere 30 Minuten fort. Man erhält eine wässrige einphasige Lösung.

In einem anderen Reaktionsgefäss mischt man unter Rühren 346 Teile Toluol und 160 Teile Wasser. Man gibt hierzu 71 Teile Natriumcyanid, entsprechend etwa 180% der theoretischen Menge, bezogen auf die Mannich-Base. Während man das Rühren fortsetzt, erhitzt man die Cyanidlösung am Rückfluss bei etwa 88° C und behält die Rückflussbedingungen etwa 30 Minuten bei. Dann gibt man die wässrige Lösung aus dem ersten Reaktionsgefäss zu dem unter Rückfluss gehaltenen Cy-5 anid während etwa 60 Minuten zu. Nach beendeter Zugabe hält man das Reaktionsgemisch weitere 90 Minuten am Rückfluss. Während der Zugabe und eine gewisse Zeit während dem fortgesetzten Rückfluss entwickelt sich ein Gas, das als Triäthylamin analysiert wurde. Nach beendetem Rückfluss io kühlt man das Reaktionsgemisch auf etwa 40° C und lässt es stehen, wobei sich die Phasen abtrennen. Man entfernt die wässrige Phase und analysiert die organische Phase mittels Dampfphasenchromatographie mit den folgenden Ergebnissen:

15

Mol%

1. Ausgangs-Mannich-Base 0

2. l,2-Dimethyl-5-cyanopyrrol 6,7

20 3. N-Methylpyrrol-2-acetonitril 70,0

4. Verhältnis von 3:2 10,4

5. Schwerenden 23,3

In einer weiteren Versuchsreihe wurden Änderungen hin-25 sichtlich der Rückflusstemperatur, der Zugabezeit, der Lösungsmittelmenge und der Menge an Alkalicyanid sowie der Art des Alkylierungsmittels untersucht, um ihr Ergebnis auf die Herstellung von Pyrrol-2-acetonitrilen nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu bestimmen. Die Tabelle I 30 und II zeigen die Ergebnisse dieser Versuche.

Wie in Beispiel 1 führt man das Verfahren in zwei Stufen durch, nämlich als Quaternisierung der Mannich-Base, wozu man zur Erläuterung Dimethyl-(N-methylpyrrol-2-methyl)-amin verwendet, und durch Verdrängung. In der Quaternisie-35 rungsstufe werden äquimolare Mengen an Mannich-Base und Alkylierungsmittel verwendet. Es entspricht dies der theoretischen Menge. In den Tabellen I und II wird Dimethyl- bzw. Diäthylsulfat als Alkylierungsmittel verwendet. Die KMR-Analyse gibt die theoretische Ausbeute aller Quaternisierungs-40 stufen mit diesen Alkylierungsmitteln an. Der Wirkungsgrad dieser Alkylierungsmittel ist unter ähnlichen Verdrängungsbedingungen festzustellen, siehe Vergleichsbeispiele 2 und 13.

In der Tabelle I ist die Quaternisierungsstufe unter Verwendung einer Zugabezeit von 30 Minuten, einer Standzeit 45 von 30 Minuten, beide bei 25° C, durchgeführt und die Mannich-Base hatte eine Reinheit von 100%. In Beispiel 7 verwendet man die zweifache Menge an Alkylierungsmittel.

Die Menge an Alkalicyanid ist ausgedrückt als theoretische Menge oder als Prozent der theoretischen Menge. Das heisst, so dass bei 100% die stöchiometrische Menge verwendet wird. Es wird daher ein 15-, 30- oder 80%iger Überschuss an Alkalicyanid als 115-, 130- oder 180% der theoretischen Menge ausgedrückt.

In der Tabelle II ist Diäthylsulfat als Alkylierungsmittel 55 verwendet. Die verschiedenen Zugabe- und Standzeiten scheinen nicht die Quaternisierungsausbeute, wie durch KMR-Ana-lyse festgestellt, zu beeinflussen. In Beispiel 9 ist die Ausbeute etwas geringer, weil die Proben während der Reaktion entnommen wurden.

60 In den beiden Tabellen I und II zeigen die verwendeten Pfeile den gleichen Wert an, wie er dem Pfeil unmittelbar vorausgehend angegeben ist.

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Tabelle I

Herstellung von N-Methylpyrrol-2-acetonitril unter Verwendung von Dimethylsulfat (DMS)

als Alkylierungsmittel

Beispiel Nr.

2

3

4

5

6

7

Quaternisierung

Mannich-Base, % Reinheit

100

DMS, % der theoret. Menge

100

- 200

Cyanidverdrängung

NaCN, % der theoret. Menge

130

100

115

130

Rückflusstemperatur, °C

92-81

93-82

Zeit, Min.1

60+120

Toluol, g/g MB

3,15

1,56

3,15

Ergebnisse der Dampfphasenchromato

graphie: Mol%2

1. Mannich-Base

0

1

0

0

0

0

2. l,2-Dimethyl-5-cyanopyrrol

7,1

5,1

7,2

7,1

6,9

6,8

3. N-Methylpyrrol-2-acetonitril

71

40

60

68

62

69

4. Verhältnis von 3:2

10

7,8

8,3

9,5

8,9

10,2

5. Schwerenden

21,9

53,9

32,8

24,9

31,1

24,2

1 Zugabe der quaternären Salzlösung + Rückflusszeit

2 Bezogen auf die beschickte Mannich-Base

3 Durch Differenz bestimmt

Tabelle II

Herstellung von N-Methylpyrrol-2-acetonitril unter Verwendung von Diäthylsulfat (DAS)

als Alkylierungsmittel

Beispiel Nr.

9*

10

11

12

13

Quaternisierung

Mannich-Base, Reinheit % 100 DÄS-Reinheit, %1 95

zugegeben in % theoret. Menge2 100 Temperatur, °C 25 Zeit, Min.3 30 + 60 Cyanidverdrängung

NaCN, % theoret. Menge 130 Rückflusstemperatur, °C 92—78 Zeit, Min.4 60-120 Ergebnisse Dampfphasenchromatographie: Mol%6

15 + 50 30+60

85-75 92-80 60+120 60+90

92-78

100

1. Mannich-Base

8,1

7,5

8,6

5,3

7,4

1,7

2. l,2-Dimethyl-5-cyanopyrrol

6,8

5,3

6,6

6,3

6,6

6,4

3. N-Methylpyrrol-2-acetonitril

67,0

56,0

62,0

63,0

62,0

64,0

4. Verhältnis von 3:2

10,0

10,6

9,6

9,9

9,4

10,0

Schwerenden

18,1

22,8

25,4

24,0

27,9

1 Analysiert mittels kernmagnetischer Resonanz, enthält 5 % ÄtHS04 als Verunreinigung.

2 Bezogen auf das Gesamtgewicht von zugeführten Diäthylsulfat.

3 Zugabezeit von Diäthylsulfat + Standzeit.

4 Zugabezeit der quaternären Salzlösung + Standzeit.

5 Ermittelt durch Unterschied.

6 Bezogen auf die Beschickung mit Mannich-Base.

* Die Ausbeute beinhaltet nicht Proben, die während dem Versuch entnommen wurden.

Aus den vorausgehenden Beispielen ist zu ersehen, dass es in der Regel bevorzugt wird, etwa 115 bis etwa 180 Gew.% der theoretischen Menge Alkalicyanid, bezogen auf die Man-nich-Base, und insbesondere 125 bis 140 Gew.% der theoretischen Menge Alkalicyanid, bezogen auf die Mannich-Base, zu verwenden.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird weiter erläutert durch ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Pyrrol-2-acetonitrilen, im besonderen von N-Methyl-pyrrol-2-acetonitrilen, wozu man ein geeignetes Reaktionsgefäss mit

80 Teilen Dimethyl-(N-methylpyrrol-2-methyl)-amin und 87 60 Teilen Wasser beschickt. Unter Rühren und Kühlen, wobei man die Temperatur bei 25° C hält, gibt man dann 90 Teile Diäthylsulfat dem Reaktionsgefäss während 60 Minuten zu. Nach beendeter Zugabe rührt man den Inhalt des Reaktors bei 25° C weitere 90 Minuten. Während dieser Zeit stellt man in 65 einem getrennten Reaktionsgefäss ein Gemisch von 252 Teilen Toluol, 75 Teilen Wasser und 37 Teilen Natriumcyanid her. Diese Materialien mischt man unter Rühren bei 25° C und erhitzt sie dann am Rückfluss bei etwa 90° C 30 Minuten.

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Dann überführt man während etwa 60 Minuten die wässrige Phase von dem ersten Reaktor, der nur eine klare, wasserlösliche Phase enthält, zu dem Alkalicyanidgemisch während 60 Minuten, wobei man während dieser Zeit allmählich die Temperatur auf etwa 77° C senkt und das Reaktionsgemisch in 5 dem zweiten Reaktor für eine zusätzliche Zeitdauer von etwa 90 Minuten am Rückfluss hält. Dann stellt man das Rührwerk ab, kühlt den Inhalt des Reaktors auf 40° C während etwa 35 Minuten, wobei sich während dieser Zeit die organische und die wässrige Phase abtrennen. Die wässrige Phase überführt io man in einen anderen Reaktor zur Abwasserbehandlung oder verwirft sie. Die organische Phase, die N-Methylpyrrol-2-ace-tonitril enthält, überführt man zu Gewinnungsverfahren, beispielsweise zur Destillation, um Toluol zu entfernen und das

Produkt weiter von geringen Mengen anderer Isomeren, die während des Verfahrens hergestellt werden, zu reinigen.

Während des vorausgehenden Verfahrens werden verschiedene weitere Versuche durchgeführt, um das Verfahren der Erfindung zu erläutern. Die Tabelle III zeigt die Ergebnisse der Beispiele 14-24, wobei diese Versuche so eng wie möglich nach dem Verfahren des vorausgehenden Absatzes durchgeführt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass in den Beispielen 15 und 16 die Ausbeute etwas geringer ist wegen der Steuerung der Reaktionstemperatur während der Zugabe des quaternären Salzes. Anderseits erhält man in den Beispielen 22-24 eine höhere Ausbeute wegen der besseren Kontrolle der Reaktionstemperatur während der Verdrängung.

Tabelle III

Herstellung von N-Methylpyrrol~2-acetonitril unter Verwendung von Diäthylsulfat (DÄS)-Alkylierungsmittel

Beispiel Mannich-Base- Prod.- VPC, Gew.% Insge- Aus-

Nr. Beschickung Teile DMÄA1 Toluol MB2 NuN3 PAN4 Unbe- samt beute

Teile % kannt %

14

80

95,4

335

10,8

71,1

0,51

1,39

12,0

0,096

94,95

60,7

15

80

95,4

326

10,9

69,7

1,32

12,1

0,13

93,93

59,3

16

80

95,4

303

8,5

72,0

0,28

1,41

12,8

0,14

94,38

58,4

17

80

97,0

350

10,1

65,4

0,94

1,33

11,8

2,53

91,22

61,4

18

80

97,0

344

8,5

62,9

0,53

1,34

12,1

0,35

89,98

61,5

19

80

97,0

328

8,8

68,5

0,30

1,44

13,2

0,45

92,77

64,3

20

80

97,0

345

8,5

67,7

0,24

1,50

12,4

0,31

91,01

63,5

21

80

95,4

341

7,3

68,3

0,56

1,35

11,8

0,67

82,68

60,6

22

80

95,4

356

9,6

69,4

0,55

1,58

14,1

0,72

95,79

75,6

23

80

95,4

354

9,7

70,3

—

1,37

13,6

0,77

95,70

72,3

24

80

95,4

348

9,3

69,6

0,29

1,49

13,5

0,69

94,87

71,0

880

3730

64,5

1 Dimethyläthylamin

2 Mannich-Base

3 l,2-Dimethyl-5-cyanopyrrol

4 N-Methylpyrrol-2-acetonitril s

Claims (3)

1. 623 306

   2

   PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Pyrrol-2-acetonitrilen der allgemeinen Formel c

   CEg -C5T

   v r

   *1

   worin Ri Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, wozu man ein Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin entsprechend der allgemeinen Formel

   Zir nir

   R-

   "1

   worin R! die oben angegebene Bedeutung hat, und die Reste R2 und R3, unabhängig voneinander, gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen sind, mit einem Dialkylsulfat unter Bildung des entsprechenden quater-nären Salzes umsetzt und das Amin aus dem Salz mit wässri-gem Alkalimetallcyanid in Gegenwart eines wasser-nicht-mischbaren Lösungsmittels, in dem das Pyrrol-2-acetonitril löslich ist, verdrängt, dadurch gekennzeichnet, dass man in getrennten Stufen das quaternäre Salz in der wässrigen Phase bildet und dann zu einem wässrigen Alkalimetallcyanid zugibt, das im Überschuss von 110 bis 180% der stöchiometrisch erforderlichen Menge und in Gegenwart von 1,5 bis 10 Gewichts-teilen nichtmischbarem Lösungsmittel, bezogen auf das Aus-gangs-Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin, verwendet wird, und dass man die Reaktionstemperatur bei 75 bis 100° C hält.
2. 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Alkalimetallcyanid Natriumcyanid in Mengen von 110 bis 150% der stöchiometrisch erforderlichen Menge, bezogen auf Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin, verwendet.
3. 3. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Lösungsmittel in Mengen von 3 bis 5 Teilen pro Teil Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin verwendet.

   methyl-(N-methylpyrrol-2-methyl)-amin zugibt. Siehe J.

   Amer. Chem. Soc. 73, 4921 (1951) und J. Amer. Chem. Soc. 75, 483 (1953).

   Die oben erwähnten Verfahren haben im besonderen den 5 Nachteil, dass die Ammoniumsalze, die man aus den Mannich-Basen durch Umsetzung mit Alkyljodiden in absolutem Alkohol herstellt, vor ihrer weiteren Umsetzung zu den entsprechenden Nitrilen isoliert werden müssen. Weiterhin unterliegen die isolierten Ammoniumverbindungen leicht dem Zer-jo fall, wodurch die Ausbeute an Pyrrolacetonitril nachteilig be-einflusst wird.

   Um die oben angegebenen Schwierigkeiten zu überwinden, ist in der US-Patentschrift 3 523 952 ein Verfahren beschrieben, bei dem man die Verdrängung in einem wasser-nicht-15 mischbaren Lösungsmittel durchführt. In dem in den Beispielen beschriebenen Umfang ist das in dieser Patentschrift beschriebene Verfahren offensichtlich zufriedenstellend, weil die Zugabe von Alkalicyanid zu dem quaternären Salz bei Raumtemperatur keine Reaktion auslöst. Die Reaktion beginnt je-20 doch nach Erhitzen des Reaktionsgemischs auf 80° C und sie wird dadurch beendet, dass man die Temperatur zwei Stunden beibehält. Weil die Reaktion exotherm ist, sind diese Verfahren nicht im grossen technischen Umfang durchzuführen, weil nach Erhitzen der Gesamtreaktionsmasse zu der Einleitungs-25 temperatur eine grosse Gasbildung eintritt und die exothermen Bedingungen nicht leicht gesteuert werden können. Als Ergebnis tritt Schaumbildung ein und es ist eine extrem teure Druckvorrichtung erforderlich, um die Reaktion beizubehalten und zu steuern.

   30 Es besteht demgemäss ein Bedarf nach einem verbesserten Verfahren, das leicht gesteuert werden kann und das das gewünschte Produkt in höherer Ausbeute bei geringen Anteilen unerwünschter Nebenprodukte liefert.

   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Pyr-35 rol-2-acetonitrilen der allgemeinen Formel

   40

   c

   2T

   CH2 —CU

   H

   1

   worin Ri Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, wozu man ein Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin entsprechend der allgemeinen Formel

   50