CH623810A5

CH623810A5 - Process for the preparation of pyrrole-2-acetonitriles

Info

Publication number: CH623810A5
Application number: CH668176A
Authority: CH
Inventors: James Tzu-Fen Kao; Karl Edward Wiegand
Original assignee: Ethyl Corp
Priority date: 1975-06-02
Filing date: 1976-05-26
Publication date: 1981-06-30
Also published as: DE2623480C2; JPS5214764A; FR2313363B1; JPS5331868B2; FR2313363A1; DE2623480A1; GB1548279A; CA1064507A

Description

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Pyrrol-2--acetonitrilverbindungen, im besonderen von N-Methyl-pyrrol-2-acetonitril. Im besonderen betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine Reaktionstechnik unter Einschluss der Bildung eines quaternären Ammoniumhalo- This invention relates to the preparation of pyrrole-2-acetonitrile compounds, in particular N-methyl-pyrrole-2-acetonitrile. In particular, the invention relates to an improved process and reaction technique including the formation of a quaternary ammonium halo

genids, wozu man ein Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin und ein Alkylchlorid oder -bromid umsetzt und danach die quaternäre Verbindung mit einem Alkalimetallcyanid umsetzt. genids, for which you react a dialkyl- (pyrrole-2-methyl) amine and an alkyl chloride or bromide and then react the quaternary compound with an alkali metal cyanide.

Es ist bekannt, Pyrrol-2-acetonitrile, beispielsweise Pyr-5 rol-2-acetonitril und N-Methylpyrrol-2-acetonitril, dadurch herzustellen, dass man Trimethyl-(pyrrol-2-methyl)-ammo-niumjodid bzw. Trimethyl-(N-methylpyrrol-2-methyl)-am-moniumjodid mit Natriumcyanid umsetzt. Es werden Tri-methyl-(pyrrol-2-methyl)-ammoniumjodid und Trimethyl-io -(N-methylpyrrol-2-methyl)-ammoniumjodid in bekannter Weise dadurch gebildet, dass man Methyljodid zu einer alkoholischen Lösung von Dimethyl-(pyrrol-2-methyl)-amin bzw. Dimethyl-(N-methylpyrrol-2-methyl)-amin zugibt, siehe J. Amer. Chem. Soc. 73, 4921 (1951) und J. Amer. Chem. 15 Soc. 75, 483 (1953). It is known to prepare pyrrole-2-acetonitrile, for example pyr-5-rol-2-acetonitrile and N-methylpyrrole-2-acetonitrile, by using trimethyl- (pyrrole-2-methyl) -ammonium iodide or trimethyl- (N-methylpyrrole-2-methyl) -ammonium iodide is reacted with sodium cyanide. Tri-methyl- (pyrrole-2-methyl) -ammonium iodide and trimethyl-io - (N-methylpyrrole-2-methyl) -ammonium iodide are formed in a known manner by adding methyl iodide to an alcoholic solution of dimethyl- (pyrrole- 2-methyl) amine or dimethyl- (N-methylpyrrole-2-methyl) amine, see J. Amer. Chem. Soc. 73, 4921 (1951) and J. Amer. Chem. 15 Soc. 75, 483 (1953).

Die oben beschriebenen Verfahren haben den besonderen Nachteil, dass die aus den Mannichbasen durch Umsetzung mit Alkyljodiden in absolutem Alkohol hergestellten Ammoniumsalze vor ihrer weiteren Reaktion zu den ent-20 sprechenden Nitrilen isoliert werden müssen. Weiterhin unterliegen die isolierten Ammoniumverbindungen leicht dem Zerfall, wodurch die Ausbeute an Pyrrolacetonitrilen nachteilig beeinflusst wird. The processes described above have the particular disadvantage that the ammonium salts prepared from the Mannich bases by reaction with alkyl iodides in absolute alcohol have to be isolated before their further reaction to give the corresponding nitriles. Furthermore, the isolated ammonium compounds are easily subject to decomposition, which adversely affects the yield of pyrrolacetonitriles.

Um diese Nachteile zu überwinden, ist in der U.S.-Patent-25 schrift 3 523 952 ein Verfahren beschrieben, bei dem man die Verdrängung in einem Wasser-nicht-mischbaren Lösungsmittel durchführt. In dem in den Beispielen beschriebenen Umfang ist das in der obigen Patentschrift beschriebene Verfahren augenscheinlich zufriedenstellend, denn die Zugabe 30 von Alkalimetallcyanid zu quaternärem Salz bei Raumtemperatur bildet keine Reaktion. Es beginnt jedoch nach Erhitzen des Reaktionsgemisches auf 80°C die Reaktion, und sie wird beendet, wenn man die Temperatur zwei Stunden beibehält. Da die Reaktion exotherm ist, können derartige 35 Verfahren praktisch nicht im technischen Umfang durchgeführt werden, weil die exothermen Eigenschaften starke Gas- und Schaumbildung verursachen und schwierig, nach Erhitzen der gesamten Reaktionsmasse, zu steuern sind. Es wurde festgestellt, dass das Verfahren der vorliegenden Erfin-40 dung diese Nachteile überwindet. Sie stellt ein extrem wirksames und praktisches Verfahren zur Herstellung von Pyrrol-2-acetonitrilen dar. To overcome these drawbacks, U.S. Patent No. 2,523,952 describes a process in which displacement is carried out in a water-immiscible solvent. To the extent described in the examples, the process described in the above patent is apparently satisfactory because the addition of alkali metal cyanide to quaternary salt at room temperature does not form a reaction. However, the reaction starts after the reaction mixture is heated to 80 ° C. and is stopped when the temperature is maintained for two hours. Since the reaction is exothermic, such processes can practically not be carried out on an industrial scale because the exothermic properties cause strong gas and foam formation and are difficult to control after the entire reaction mass has been heated. The method of the present invention has been found to overcome these disadvantages. It is an extremely effective and practical process for the preparation of pyrrole-2-acetonitriles.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Verbesserung des Verfahrens zur Herstellung von Pyrrol-2-acetonitrilen 45 entsprechend der allgemeinen Formel The present invention provides an improvement in the process for the preparation of pyrrole-2-acetonitriles 45 according to the general formula

50 50

J J

CHo-CN CHo-CN

n t n t

55 worin Rt Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, wozu man ein Dialkyl-(pyrrol-2-me-thyl)-amin entsprechend der allgemeinen Formel 55 wherein Rt is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, for which purpose a dialkyl- (pyrrole-2-methyl) amine according to the general formula

60 60

,ch2-n , ch2-n

N N

f f

R, R,

R- R-

65 65

worin Rj die oben definierte Bedeutung hat und die Reste R2 und R3, unabhängig voneinander, gleiche oder verschie- where Rj has the meaning defined above and the radicals R2 and R3, independently of one another, are the same or different

dene Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen sind, mit einem Alkylhalogenidalkylierungsmittel unter Bildung des entsprechenden quaternären Salzes umsetzt und das Amin aus diesem Salz mit wässrigem Alkalimetallcyanid in Gegenwart eines Wasser-nicht-mischbaren Lösungsmittels, in dem das Pyrrol-2-acetonitrilprodukt löslich ist, verdrängt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Quaterni-sierung in einem wässrigen System mit einem Alkylchlorid oder -bromid mit bis zu 2 Kohlenstoffatomen und einem Siedepunkt, der nicht höher ist als 20°C bei atmosphärischem Druck, bei einem erhöhten Druck, der nicht höher ist als 11,5 kg/cm2, durchführt und dann das so gebildete quater-näre Salz zu einem wässrigen Alkalimetallcyanid, dessen Menge 110 bis 150% der stöchiometrisch erforderlichen Menge, bezogen auf das Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin-Aus-gangsmaterial, beträgt, bei einer Temperatur von 75 bis 100°C und in Gegenwart von 1,5 bis 10 Gew.-Teilen eines Wasser-nicht-mischbaren Lösungsmittels pro Teil Dialkyl--(pyrrol-2-methyl)-amin-Ausgangsmaterial zugibt. whose alkyl groups are 1 to 4 carbon atoms, reacted with an alkyl halide alkylating agent to form the corresponding quaternary salt and displaces the amine from this salt with aqueous alkali metal cyanide in the presence of a water-immiscible solvent in which the pyrrole-2-acetonitrile product is soluble , which is characterized in that the quaternization in an aqueous system with an alkyl chloride or bromide having up to 2 carbon atoms and a boiling point which is not higher than 20 ° C. at atmospheric pressure, at an elevated pressure which is not is higher than 11.5 kg / cm 2, and then the quaternary salt thus formed to an aqueous alkali metal cyanide, the amount of 110 to 150% of the stoichiometrically required amount, based on the dialkyl (pyrrole-2-methyl) amine Starting material, is at a temperature of 75 to 100 ° C and in the presence of 1.5 to 10 parts by weight of a water-immiscible solvent els per part dialkyl - (pyrrole-2-methyl) amine starting material.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst zwei Reaktionsstufen, die Quaternisierung und die Verdrängung. Ein besonderer Gegenstand des vorliegenden verbesserten Verfahrens besteht z.B. darin, dass man die Beschickungsgeschwindigkeit des quaternären Salzes zu dem heissen wässrigen Alkalicyanid in Gegenwart eines Wasser-nicht-misch-baren Lösungsmittels so vornimmt, dass die Bildung von Gas während der Verdrängung gesteuert und allmähnlich und ohne übermässige Schaumbildung, schnelle Erhöhung des Druckes oder der Temperatur aus der Reaktion, die ihrer Natur nach exotherm ist, durchgeführt wird. Weiterhin ermöglicht die gesteuerte Beschickung in der Verdrängungsreaktion üblicherweise eine wesentliche Senkung der verwendeten Alkalicyanidmenge, ohne dass die Ausbeute an gewünschtem Pyrrol-2-acetonitril gesenkt wird. The process of the present invention involves two stages of reaction, quaternization and displacement. A particular subject of the present improved method is e.g. in that the feed rate of the quaternary salt to the hot aqueous alkali metal cyanide is carried out in the presence of a water-immiscible solvent so that the formation of gas during the displacement is controlled and gradual and without excessive foaming, rapid increase in pressure or Temperature from the reaction, which is exothermic in nature. Furthermore, the controlled feed in the displacement reaction usually enables a substantial reduction in the amount of alkali metal cyanide used without reducing the yield of the desired pyrrole-2-acetonitrile.

Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann man Pyrrol-2-acetonitrile mit einem hohen Verhältnis dieses gewünschten Materials im Vergleich zu anderen Isomeren, wie kern-substituierten Cyaniden, zum Beispiel 1,2-Dimethyl--5-cyanopyrrol, herstellen. The process of the present invention can produce pyrrole-2-acetonitrile with a high ratio of this desired material compared to other isomers such as nucleus-substituted cyanides, for example 1,2-dimethyl-5-cyanopyrrole.

Die Menge Alkylierungsmittel, die in dem Verfahren der Erfindung verwendet wird, kann im Bereich der stöchiometrischen Menge bis zu einem grossen Überschuss liegen. Es wird bevorzugt, Alkylhalogenidalkylierungsmittel im Überschuss zu verwenden, um sicherzustellen, dass die gesamte Mannichbase umgesetzt wird. Weiterhin kann durch mehr Alkylierungsmittel, das zur Reaktion zur Verfügung steht, wesentlich die zur Reaktion erforderliche Zeit gesenkt werden. Im allgemeinen kann die Menge verwendetes Alkylierungsmittel als Prozentsatz der stöchiometrischen Menge, die zur Reaktion mit der Mannichbase erforderlich ist, ausgedrückt werden. Typischerweise kann das Alkylhalogenid in dem vorliegenden Verfahren in einer Menge von 100 bis etwa 200% der stöchiometrischen Menge Alkylhalogenid, bezogen auf die Mannich-Base, d.h. Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)--amin, verwendet werden. Vorzugsweise können etwa 110 bis etwa 150% der stöchiometrischen Menge Alkylhalogenid, bezogen auf der gleichen Basis, verwendet werden. Insbesondere können 120 bis etwa 130% der stöchiometrischen Menge Alkylhalogenid in dem vorliegenden Verfahren verwendet werden. Die Dialkylgruppen an dem Aminorest können Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen wie Methyl-, Äthyl-, Propyl- oder Butylgruppen oder ihre Isomeren, wie unter R2 und R^ oben definiert, sein. The amount of alkylating agent used in the process of the invention can range from the stoichiometric amount to a large excess. It is preferred to use excess alkyl halide alkylating agents to ensure that all of the Mannich base is reacted. Furthermore, the more time required for the reaction can be substantially reduced by using more alkylating agent which is available for the reaction. In general, the amount of alkylating agent used can be expressed as a percentage of the stoichiometric amount required to react with the Mannich base. Typically, the alkyl halide in the present process can be present in an amount from 100 to about 200% of the stoichiometric amount of alkyl halide based on the Mannich base, i.e. Dialkyl- (pyrrole-2-methyl) amine can be used. Preferably, about 110 to about 150% of the stoichiometric amount of alkyl halide, based on the same basis, can be used. In particular, 120 to about 130% of the stoichiometric amount of alkyl halide can be used in the present process. The dialkyl groups on the amino radical can be alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl or butyl groups, or their isomers, as defined under R2 and R ^ above.

Wegen der exothermen Natur der Alkylierungsreaktion wird das Reaktionsgemisch üblicherweise während der Qua-ternisierungsstufe gekühlt. Es kann jede geeignete herkömmliche Vorrichtung verwendet werden, wie es dem Fachmann bekannt ist. Im allgemeinen sind die Alkylierungsmittel un- Because of the exothermic nature of the alkylation reaction, the reaction mixture is usually cooled during the quaternization step. Any suitable conventional device known to those skilled in the art can be used. In general, the alkylating agents are

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ter den Umgebungsbedingungen normalerweise gasförmig und es haben die meisten Alkylhalogenidalkylierungsmittel, die in dieser Erfindung brauchbar sind, begrenzte Löslichkeit in wässrigen Systemen. Es ist daher vorteilhaft, die Quater-nisierungsstufe unter einem höheren Druck als atmosphärischem Druck duurchzuführen, um die Reaktionspartner in dem wässrigen Reaktionsgemisch löslich zu machen. Ohne dadurch das Verfahren dieser Erfindung einzuschränken, wird angenommen, dass die Quaternisierungsreaktion üblicherweise in der wässrigen Phase abläuft. Es erleichtert daher z.B. die Verwendung von höheren als atmosphärischen Drücken die Löslichmachung des Alkylhalogenidalkylie-rungsmittels und erhöht damit beispielsweise den Kontakt der Reaktionspartner und die Ausbeute. Drücke von etwa 2,4 bis etwa 11,5 kg/cm2 können verwendet werden. Jedoch benötigt man für Drücke über etwa 11,5 kg/cm2 in der Regel teurere Druckreaktoren und diese sind aus dem Gesichtspunkt des Kapitaleinsatzes weniger wünschenswert. Normally gaseous under ambient conditions and most alkyl halide alkylating agents useful in this invention have limited solubility in aqueous systems. It is therefore advantageous to carry out the quaternization step under a pressure higher than atmospheric pressure in order to make the reactants soluble in the aqueous reaction mixture. Without limiting the process of this invention, it is believed that the quaternization reaction usually takes place in the aqueous phase. It therefore facilitates e.g. the use of higher than atmospheric pressures solubilizes the alkyl halide alkylating agent and thus increases, for example, the contact of the reactants and the yield. Pressures from about 2.4 to about 11.5 kg / cm 2 can be used. However, pressures above about 11.5 kg / cm 2 generally require more expensive pressure reactors and these are less desirable from the point of view of capital investment.

Das Reaktionsgemisch erfordert normalerweise etwas höhere Temperaturen als Raumtemperaturen, um eine gute Reaktionsgeschwindigkeit zu erhalten. Im allgemeinen können Temperaturen im Bereich von etwa 20 bis etwa 50°C in dem Verfahren verwendet werden. Es wurde gefunden, The reaction mixture normally requires slightly higher temperatures than room temperatures in order to obtain a good reaction rate. Generally, temperatures in the range of about 20 to about 50 ° C can be used in the process. It was found,

dass vorzugsweise Temperaturen für die Quaternisierungsreaktion von etwa 30 bis etwa 40°C zweckmässig sind. Obgleich etwas höhere Temperaturen, ohne ernsthaft die Reaktion zu benachteiligen, verwendet werden können, würde die gleichzeitige Erhöhung der Drücke bei solch höheren Temperaturen teure Druckreaktoren erforderlich machen, was, wie oben angegeben, den Kapitaleinsatz bei einem technischen Verfahren erhöhen würde. that preferably temperatures for the quaternization reaction of about 30 to about 40 ° C are appropriate. Although somewhat higher temperatures can be used without seriously adversely affecting the reaction, the simultaneous increase in pressures at such higher temperatures would require expensive pressure reactors, which, as stated above, would increase capital investment in a technical process.

Vorzugsweise wird die Reaktion in wässriger Suspension unter Rühren durchgeführt, um beispielsweise einen innigen Kontakt der Reaktionspartner sicherzustellen. Die Reaktion läuft eine ausreichende Zeit ab, um den Reaktionspartnern zu ermöglichen, im wesentlichen die Reaktion zu beendigen. Das Alkylierungsmittel kann zu dem Reaktor während einer Dauer von etwa 0,5 bis etwa 3 Stunden oder mehr, bezogen auf die verwendete Menge Alkylierungsmittel und den Umfang des Arbeitsverfahrens, zugegeben werden. Nach der Zugabe des Alkylierungsmittels kann das Reaktionsgemisch unter Rühren gehalten werden, um die Beendigung der Reaktion sicherzustellen. Es ist zweckmässig, das Reaktionsgemisch beispielsweise 1 bis etwa 2 oder mehr Stunden, je nach dem Umfang des Verfahrens, beizubehalten. Die Beendigung der Reaktion kann mittels Analyse des Reak-tionsgemischs auf nicht umgesetzter Mannichbase, zum Beispiel Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin, geprüft werden. Aus Zweckmässigkeitsgründen kann angenommen werden, dass wenn die Reaktion eine Phase enthält, die Reaktion beendet ist. The reaction is preferably carried out in aqueous suspension with stirring, for example to ensure intimate contact of the reactants. The reaction proceeds for a sufficient time to allow the reactants to substantially complete the reaction. The alkylating agent can be added to the reactor over a period of about 0.5 to about 3 hours or more, based on the amount of alkylating agent used and the scope of the process. After the addition of the alkylating agent, the reaction mixture can be kept under stirring to ensure completion of the reaction. It is convenient to maintain the reaction mixture for, for example, 1 to about 2 or more hours, depending on the scope of the process. The completion of the reaction can be checked by analyzing the reaction mixture for unreacted Mannich base, for example dialkyl- (pyrrol-2-methyl) amine. For convenience, it can be assumed that if the reaction contains a phase, the reaction has ended.

Die Verdrängungsstufe wird in der Regel durch die gesteuerte Reaktion des quaternären Salzes mit wässriger Al-kalicyanidlösung von Wasser-nicht-mischbarem Lösungsmittel durchgeführt. Es kann irgendein geeignetes Alkalicyanid, wie z.B. Natrium- oder Kaliumcyanid, verwendet werden, vorzugsweise jedoch Natriumcyanid. Die Alkalicyanidmenge sollte normalerweise ausreichend sein, dass das gebildete qua-ternäre Salz umgesetzt wird. Es wurde festgestellt, dass üblicherweise ein Überschuss an Alkalicyanid erforderlich ist, um ausreichende Ausbeuten zu erhalten. Vorzugsweise können Überschüsse über 100% verwendet werden. Es wurde jedoch festgestellt, dass beispielsweise ein etwa 10 bis etwa 80%iger Überschuss ausreichend ist, um gute Ausbeuten nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu erhalten. The displacement step is usually carried out by the controlled reaction of the quaternary salt with aqueous Al-potassium cyanide solution of water-immiscible solvent. Any suitable alkali metal cyanide, e.g. Sodium or potassium cyanide can be used, but preferably sodium cyanide. The amount of alkali cyanide should normally be sufficient for the quaternary salt formed to be reacted. It has been found that an excess of alkali metal cyanide is usually required to obtain sufficient yields. Excesses over 100% can preferably be used. However, it has been found that, for example, an about 10 to about 80% excess is sufficient to obtain good yields by the process of the present invention.

Insbesondere kann ein 25 bis 40%iger Überschuss an Alkalicyanid verwendet werden. Mit anderen Worten kann die Menge an verwendetem Alkalicyanid im Bereich von In particular, a 25 to 40% excess of alkali metal cyanide can be used. In other words, the amount of alkali metal cyanide used can range from

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

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4 4th

110 bis etwa 180 Gew.-% der stöchiometrischen Menge, bezogen auf die Mannichbase, d.h. Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)--amin, liegen. Vorzugsweise kann eine Menge Alkalimetallcyanid von etwa 125 bis etwa 140 Gew.-% der stöchiometrischen Menge, bezogen auf die Mannichbase, d.h. Dialkyl--(pyrrol-2-methyl)-amin, verwendet werden. 110 to about 180% by weight of the stoichiometric amount based on the Mannich base, i.e. Dialkyl- (pyrrole-2-methyl) amine. Preferably, an amount of alkali metal cyanide can be from about 125 to about 140% by weight of the stoichiometric amount based on the Mannich base, i.e. Dialkyl - (pyrrole-2-methyl) amine can be used.

Das Wasser-nicht-mischbare Lösungsmittel kann irgendeine Flüssigkeit sein, die im wesentlichen gegenüber den Reaktionspartnern inert ist und ausreichend Lösungskraft zum Auflösen des Pyrrol-2-acetonitrilprodukts aufweist. Beispiele solcher Lösungsmittel sind Benzol und seine Homologen und halogenierte Alkane, wie beispielsweise Benzol, Toluol, Xylol, chlorierte Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt über der Reaktionstemperatur, zum Beispiel Äthylenchlorid, Trichloräthylen, Perchloräthylen, Methylchloroform und dergleichen. Solche Lösungsmittel sind herkömmlich und in der U.S.-Patentschrift 2 523 952 beschrieben. Die Menge an verwendetem Lösungsmittel sollte in der Regel nur die Menge sein, die ausreichend ist, ein leicht zu rührendes Reaktionsgemisch beizubehalten. Aus Zweckmässigkeitsgründen wird die Menge an verwendetem Lösungsmittel normalerweise in Bezug auf die Menge verwendeter Ausgangs-Mannichbase angegeben. Die Wirkung einer zu geringen Menge Lösungsmittel senkt im allgemeinen die Ausbeute an gebildeten Pyrrol-2-acetonitrilen. Es wird daher bevorzugt, wenigstens etwa 1,50 Teile Lösungsmittel pro Teil Mannichbase, d.h. pro Teil Dialkyl-(pyrrol-2-methyl)-amin, zu verwenden. Vorzugsweise können etwa 1,5 bis etwa 10 Teile Lösungsmittel pro Teil Mannichbase 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 2,75 bis etwa 3,50 Teile Lösungsmittel pro Teil Mannichbase annehmbare Ergebnisse ohne unnötige Erhöhung der Kapitalinvestierung oder Senkung der Produktivität des gegebenen Reaktionsgefässes liefern. The water-immiscible solvent can be any liquid that is substantially inert to the reactants and has sufficient solvent power to dissolve the pyrrole-2-acetonitrile product. Examples of such solvents are benzene and its homologues and halogenated alkanes such as benzene, toluene, xylene, chlorinated hydrocarbons with a boiling point above the reaction temperature, for example ethylene chloride, trichlorethylene, perchlorethylene, methyl chloroform and the like. Such solvents are conventional and are described in U.S. Patent 2,523,952. The amount of solvent used should generally only be the amount that is sufficient to maintain an easily stirred reaction mixture. For convenience, the amount of solvent used is usually given in terms of the amount of starting Mannich base used. The effect of too little solvent generally lowers the yield of pyrrole-2-acetonitriles formed. It is therefore preferred to use at least about 1.50 parts solvent per part Mannich base, i.e. per part of dialkyl (pyrrole-2-methyl) amine to use. Preferably about 1.5 to about 10 parts of solvent can be used per part of Mannich base. However, in order to reduce the size of the reaction device and increase the productivity of the reactor, an intermediate area is usually preferred. For example, about 2.75 to about 3.50 parts of solvent per part of Mannich base has been found to give acceptable results without unnecessarily increasing capital investment or reducing the productivity of the given reaction vessel.

Die Reaktionstemperatur der Verdrängungsreaktion hängt üblicherweise etwas von dem ausgewählten Lösungsmittel und der Reaktionsstufe ab. Die Reaktion beginnt normalerweise bei etwa 80°C und die Temperatur wird vorzugsweise zwischen etwa 76 und etwa 95°C unter Rückfluss gesteuert. Dabei wird in der Regel die Temperatur anfangs im oberen Teil gehalten und allmählich leicht in dem Masse gesenkt, wie sich Aminnebenprodukte mit niederem Siedepunkt bilden. Es wird weiter bevorzugt, dass die gesteuerte Zugabe des quaternären Salzes oder des wässrigen Alkali-cyanids, je nach den ausgewählten Reaktionspartnern, während einer Zeit stattfindet, die in der Regel ausreichend ist, angemessenes Ablassen, Wärmeübetragung und Ausbeute zu ermöglichen. Im allgemeinen können Zykluszeiten von etwa 2 bis etwa 8 Stunden oder mehr, je nach dem Umfang des Arbeitsverfahrens und den verwendeten Temperaturen, verwendet werden. The reaction temperature of the displacement reaction usually depends somewhat on the solvent selected and the reaction step. The reaction normally begins at about 80 ° C and the temperature is preferably controlled between about 76 and about 95 ° C under reflux. As a rule, the temperature is initially maintained in the upper part and gradually reduced slightly to the extent that amine by-products with a low boiling point are formed. It is further preferred that the controlled addition of the quaternary salt or aqueous alkali cyanide, depending on the reactants selected, take place during a time which is usually sufficient to allow adequate venting, heat transfer and yield. In general, cycle times from about 2 to about 8 hours or more can be used, depending on the scope of the process and the temperatures used.

Im allgemeinen kann das Gesamtverfahren zur Herstellung der Pyrrol-2-acetonitrilverbindungen dieser Erfindung wie folgt durchgeführt werden: Ein geeignetes Reaktionsge-fäss beschickt man mit Mannichbase und Wasser. Das Rührwerk des Reaktors und das Erhitzungsmedium am Reaktor werden eingestellt. Dann wird der Inhalt des Reaktors auf etwa 50°C erwärmt und Alkylhalogenidalkylierungsmittel so lange zugegeben, bis die gewünschte Menge während eines Zeitraums von etwa 60 bis 180 Minuten vorhanden ist und ausreicht, um die Reaktionstemperatur bei etwa 40°C und den Druck bei etwa 4,5 kg/cm2 zu halten. Die Zuführung des Alkylierungsmittels wird angehalten und die Reaktionsbedingungen ausreichend lange beibehalten, um den Ablauf der Reaktion zu ermöglichen, beispielsweise etwa 60 bis etwa 120 Minuten, wonach das Reaktionsgemisch geprüft wird, um festzustellen, ob eine klare wasserlösliche Einphasenlösung erhalten ist. Wenn dies der Fall ist, wird das Verfahren fortgesetzt. Wenn nicht, wird das Rühren fortgesetzt, bis eine klare wasserlösliche, einphasige Lösung erhalten ist. In einen getrennten Reaktor gibt man Toluol und Wasser. Das Rührwerk wird eingestellt und festes Natrium-cyanid zum Reaktor zugegeben. Die Zugabe des Natrium-cyanids muss wegen seiner Toxizität vorsichtig erfolgen. Der Reaktor wird am Rückfluss bei etwa 90°C erhitzt. Das Reaktionsgemisch vom ersten Reaktor wird dann zu dem zweiten Reaktor in einer Geschwindigkeit zugegeben, die ausreichend ist, dass man eine gute Reaktion ohne Schaumbildung oder Druckerhöhung aus der Verdrängung von Alkylamin erhält, wobei die Zugabe-geschwindigkeit etwa 41/Minute beträgt und der Rückfluss etwa 120 Minuten nach Beendigung der Zugabe beibehalten wird. Nach dieser Zeit lässt man die Phasen sich abtrennen und entfernt die wässrige Bodenphase. Die organische Phase wird zur Produktaufbereitung überführt. In general, the overall process for the preparation of the pyrrole-2-acetonitrile compounds of this invention can be carried out as follows: A suitable reaction vessel is charged with Mannich base and water. The agitator of the reactor and the heating medium on the reactor are adjusted. Then the contents of the reactor are heated to about 50 ° C and alkyl halide alkylating agents are added until the desired amount is present over a period of about 60 to 180 minutes and is sufficient to maintain the reaction temperature at about 40 ° C and the pressure at about 4 To keep 5 kg / cm2. Feed of the alkylating agent is stopped and the reaction conditions are maintained long enough to allow the reaction to proceed, for example about 60 to about 120 minutes, after which the reaction mixture is checked to see if a clear water-soluble single phase solution is obtained. If so, the process continues. If not, stirring is continued until a clear water soluble single phase solution is obtained. Toluene and water are placed in a separate reactor. The agitator is stopped and solid sodium cyanide is added to the reactor. The sodium cyanide must be added carefully because of its toxicity. The reactor is heated at reflux at about 90 ° C. The reaction mixture from the first reactor is then added to the second reactor at a rate sufficient to give a good reaction without foaming or pressure increase from the displacement of alkylamine, the rate of addition being about 41 / minute and the reflux about Is maintained 120 minutes after the addition is complete. After this time, the phases are allowed to separate and the aqueous soil phase is removed. The organic phase is transferred to product preparation.

Nach diesem Verfahren schafft die vorliegende Erfindung einen leicht kontrollierbaren Reaktionsprozess mit üblicherweise hohen Verhältnissen an gewünschtem Pyrrol-2-acetoni-tril. Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne sie dadurch einzuschränken. According to this method, the present invention provides an easily controllable reaction process with usually high ratios of the desired pyrrole-2-acetonitrile. The following example explains the invention without restricting it.

Beispiel example

In ein geeignetes Reaktionsgefäss gibt man 276 Teile der Mannichbase, Dimethyl-(N-methylpyrrol-2-methyl)-amin und 300 Teile Wasser. Man stellt das Rührwerk an und erhitzt das Reaktionsgefäss und das Reaktionsgemisch auf 40°C. Man gibt dann flüssiges Methylchlorid mit einer gesteuerten Geschwindigkeit zu. Die Temperatur wird unter leichtem Kühlen bei 40°C während der Zugabe gehalten mit 73 Minuten Dauer. Der Druck erhöht sich langsam während der-Zugabe und erreicht 4,5 kg/cm2 am Ende der Zugabe. Nach der Zugabe rührt man weitere 87 Minuten. Man erhält wässrige einphasige Lösung. 276 parts of the Mannich base, dimethyl- (N-methylpyrrole-2-methyl) amine and 300 parts of water are placed in a suitable reaction vessel. The stirrer is turned on and the reaction vessel and the reaction mixture are heated to 40.degree. Liquid methyl chloride is then added at a controlled rate. The temperature is kept under gentle cooling at 40 ° C during the addition for 73 minutes. The pressure slowly increases during the addition and reaches 4.5 kg / cm 2 at the end of the addition. After the addition, the mixture is stirred for a further 87 minutes. Aqueous single-phase solution is obtained.

In einem anderen Reaktionsgefäss mischt man unter Rühren 865 Teile Toluol und 257 Teile Wasser. Man gibt hierzu 128 Teile Natriumcyanid, entsprechend etwa 130% der theoretischen Menge, bezogen auf die Mannich-Base. Unter fortdauerndem Rühren erhitzt man die Cyanidlösung am Rückfluss bei etwa 88°C und hält sie am Rückfluss. Dann gibt man die wässrige Lösung aus dem ersten Reaktor zu dem unter Rückfluss gehaltenen Cyanid während etwa 60 Minuten zu. Nach beendeter Zugabe hält man das Reaktionsgemisch weitere 120 Minuten am Rückfluss. Während der Zugabe und eine gewisse Zeit während dem fortgesetzten Rückfluss bildet sich Gas, das abgelassen wird und mittels Analyse als Trimethylamin bestimmt wird. Nach beendetem Rückfluss wurde das Reaktionsgemisch auf etwa 40°C gekühlt und stehen gelassen, wobei sich die Phasen abtrennen. Die wässrige Phase wurde entfernt und die organische Phase wurde mittels Dampfphasenchromatographie mit den folgenden Ergebnissen analysiert: In another reaction vessel, 865 parts of toluene and 257 parts of water are mixed with stirring. 128 parts of sodium cyanide are added, corresponding to approximately 130% of the theoretical amount, based on the Mannich base. With continuous stirring, the cyanide solution is heated to reflux at about 88 ° C. and kept at reflux. Then the aqueous solution from the first reactor is added to the refluxed cyanide over about 60 minutes. After the addition has ended, the reaction mixture is kept under reflux for a further 120 minutes. During the addition and for some time during the continued reflux, gas is formed which is released and determined to be trimethylamine by analysis. After reflux was complete, the reaction mixture was cooled to about 40 ° C. and left to stand, the phases separating. The aqueous phase was removed and the organic phase was analyzed by vapor phase chromatography with the following results:

Mol.-% Mole%

1. Trimethylamin 1. Trimethylamine

0,22 0.22

2. Ausgangs-Mannich-Base 2. Starting Mannich base

0,20 0.20

3. Toluol 3. Toluene

73,1 73.1

4. l,2-Dimethyl-5-cyanopyrrol 4. 1,2-dimethyl-5-cyanopyrrole

1,4 1.4

5. N-Methylpyrrol-2-acetonitril 5. N-methylpyrrole-2-acetonitrile

14,9 14.9

insgesamt: a total of:

89,77 89.77

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 623810 5 623810

Die Analyse ist nicht vollständig, da die Schwermateria- gung durchgeführt. In der Quaternisierungsstufe werden in lien nicht mittels Dampfphasenanalyse festgestellt werden der Regel äquimolare Mengen Mannich-Base und Alkylie- The analysis is not complete since the heavy matter has been carried out. In the quaternization stage, the equimolar amounts of Mannich base and alkyl-

können. rungsmittel gewöhnlich auch bei anderen Arten von Alkylie- can. usually used in other types of alkyl

Nach dem Ablauf der oben ausgeführten Stufen wurden rungsmitteln verwendet. Es kann jedoch Methylchlorid im After the steps outlined above, agents were used. However, it can contain methyl chloride

Reihenuntersuchungen vorgenommen, wobei z.B. verschie- 5 überschuss ohne nachteilige Wirkung verwendet werden. Series examinations were carried out, e.g. various surplus can be used without adverse effects.

dene Variablen einschliesslich der Rückflusstemperatur, Zu- Tatsächlich hilft es üblicherweise, die Reaktion bis zur gabezeit, Menge an Alkylierungsmittel und dem Druck des Beendigung anzutreiben. In der Tabelle ist nur aus Gründen Variables including reflux temperature. In fact, it usually helps to drive the reaction up to the time of administration, amount of alkylating agent and the pressure of termination. The table is for reasons only

Alkylierungsmittels in dem Reaktor eingesetzt wurden, um der Erläuterung Methylchlorid als Alkylierungsmittel verwen- Alkylating agent were used in the reactor to use the explanation of methyl chloride as alkylating agent

ihre Wirkung auf die Herstellung von Pyrrol-2-acetonitrilen det. Die Verdrängungsstufe führt man üblicherweise unter nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu unter- io den gleichen Bedingungen durch, um Vergleiche hinsichtlich suchen. Die Tabelle zeigt die Ergebnisse dieser Versuche. der Variablen der Quaternisierungsreaktion zu ermöglichen. their effect on the production of pyrrole-2-acetonitrile det. The displacement step is usually carried out under the same conditions according to the method of the present invention to search for comparisons. The table shows the results of these tests. of the variables of the quaternization reaction.

Wie oben ausgeführt, wird das Verfahren üblicherweise In der Tabelle wird die Quaternisierungsstufe z.B. unter in zwei Stufen, nämlich in Form der Quaternisierung der Verwendung von Temperaturen von 23-43°C, Zugabezeiten As explained above, the process is usually carried out. In the table the quaternization level is e.g. under in two stages, namely in the form of quaternization using temperatures of 23-43 ° C, addition times

Mannich-Base, für die beispielsweise Dimethyl-(N-methyl- von 30 bis 180 Minuten, Standzeiten von 60 bis 120 Minu- Mannich base, for which, for example, dimethyl (N-methyl) from 30 to 180 minutes, standing times from 60 to 120 minutes

pyrrol-2-methyl)-amin verwendet wurde und durch Verdrän- is ten, Drücken von 3,17 bis 7,3 kg/cm2 und von 100 bis pyrrol-2-methyl) -amine was used and by displacement, pressures from 3.17 to 7.3 kg / cm2 and from 100 to

200% der stöchiometrischen Menge Alkylierungsmittel durchgeführt. 200% of the stoichiometric amount of alkylating agent performed.

TABELLE TABLE

Herstellung von N-Methylpyrrol-2-acetonitril unter Verwendung von Methylchlorid (MC) als Alkylierungsmittel Preparation of N-methylpyrrole-2-acetonitrile using methyl chloride (MC) as an alkylating agent

Beispiel Nr. Example No.

2 2nd

3 3rd

4 4th

5 5

6 6

Quaternisierung Quaternization

Mannich-Base, Reinheit % Mannich base, purity%

100 100

% zugegebenes Methylchlorid1 % added methyl chloride 1

100 100

113 113

127 127

200 200

129 129

Temperatur, °C Temperature, ° C

23-43 23-43

34-40 34-40

38-40 38-40

34-40 34-40

40 40

max. Druck, kg/cm2 Max. Pressure, kg / cm2

3,8 3.8

3,17 3.17

4,01 4.01

7,3 7.3

4,78 4.78

Zeit, Minuten Time, minutes

180+120 180 + 120

180+60 180 + 60

30+120 30 + 120

130+75 130 + 75

60+120 60 + 120

Cyanidverdrängung Cyanide displacement

NaCN, % der theoret. Menge NaCN,% of theor. amount

130 130

Rückflusstemperatur, °C Reflux temperature, ° C

92-82 92-82

92-84 92-84

90-82 90-82

92-82 92-82

Zeit, Minuten 2 Time, minutes 2

60-120 60-120

Ergebnisse der Dampfphasenchromatographie: Mol.-% 3 Results of vapor phase chromatography: mol% 3

1) Mannich-Base 1) Mannich base

18,0 18.0

2,5 2.5

1,5 1.5

— -

2) l,2-Dimethyl-5-cyanopyrrol 2) 1,2-Dimethyl-5-cyanopyrrole

3,5 3.5

6,6 6.6

4,3 4.3

5,3 5.3

3) N-Methylpyrrol-2-acetonitril 3) N-methylpyrrole-2-acetonitrile

52,0 52.0

60,0 60.0

58,0 58.0

65,0 65.0

63 63

4) Verhältnis von 3 : 2 4) 3: 2 ratio

14,6 14.6

9,0 9.0

13,6 13.6

12,3 12.3

11,8 11.8

5) Schwerenden4 5) Critics 4

15,4 15.4

33,4 33.4

36,2 36.2

29,7 29.7

31,7 31.7

1 Prozent der stöchiometrischen Menge zugeführtes Methylchlorid, bezogen auf die Menge der Mannich-Base; 1 percent of the stoichiometric amount of methyl chloride added, based on the amount of Mannich base;

2 Zugabe + Standzeit; 2 addition + service life;

3 Bezogen auf die zugeführte Menge Mannich-Base; 3 Based on the amount of Mannich base added;

4 ermittelt durch Differenz. 4 determined by difference.

v v

Claims

623810

2. The method according to claim 1, characterized in that an alkyl chloride, namely methyl chloride and / or ethyl chloride is used as the alkyl halide alkylating agent.

2nd

PATENT CLAIMS 1. Process for the preparation of pyrrole-2-acetonitriles of the general formula

\

IL

ch2-cn n

i wherein Rj is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, for which purpose a dialkyl- (pyrrole-2-methyl) amine according to the general formula

O-

ch2-n

R,

R-

N

R,

wherein Rj has the meaning defined above and the radicals R2 and Rs, independently of one another, are identical or different alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, are reacted with an alkyl halide alkylating agent to form the corresponding quaternary salt and the amine from this salt is reacted with aqueous alkali metal cyanide in the presence of a Water-immiscible solvent in which the pyrrole-2-acetonitrile product is displaced, characterized in that the quaternization in an aqueous system with an alkyl chloride or bromide having up to 2 carbon atoms and a boiling point which is not higher than 20 ° C at atmospheric pressure, at an elevated pressure which is not higher than 11.5 kg / cm 2, and then the quaternary salt thus formed is based on an aqueous alkali metal cyanide, the amount of which is 110 to 150% of the stoichiometrically required amount on the dialkyl (pyrrole-2-methyl) amine starting material is at a temperature of 75 to 100 ° C and in the presence of 1.5 to 10 parts by weight of a water-immiscible solvent per part of dialkyl (pyrrole-2-methyl) amine starting material.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the solvent is used in ratios of 3 to 5 parts per part of DialkyI- (pyrrole-2-methyl) amine starting material.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that one carries out the quaternization reaction at a pressure of 3.1 to 7.3 kg / cm 2 and at a temperature of 20 to 50 ° C.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that dimethyl- (N-methyl-pyrrol-2-methyl) amine is used as the dialkyl- (pyrrole-2-methyl) amine.