**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von N-(2-Mercaptoäthyl)alkanamiden, dadurch gekennzeichnet, dass man unter wasserfreien Bedingungen ein 2-11-2-Oxazolin oder ein 2-Alkyl2-oxazolin der Formel
EMI1.1
in welcher
R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und die Reste R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander jeweils Wasserstoffatome, niedere Alkylreste, hydroxy-substituierte Niederalkylreste oder Phenylreste bedeuten, mit Schwefelwasserstoff umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in Anwesenheit eines inerten organischen Lösungsmittels durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als inertes organisches Lösungsmittel ein Alkanol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als organisches Lösungsmittel Methanol verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in unverdünnter Form vornimmt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Durchführung der Umsetzung ein Ausgangsmaterial der Formel I verwendet, in welchem die Reste Rl und R2 unabhängig voneinander die Bedeutung von Wasserstoffatomen, Methylresten, Äthylresten oder Hydroxymethylresten aufweisen und sowohl R3 als auch R4 ein Wasserstoffatom bedeuten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Ausgangsmaterial verwendet, in welchem sämtliche Reste Rl, R2, R3 und R4 Wasserstoffatome bedeuten und R ein Methylrest oder Äthylrest ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 200 "C durchführt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 150 "C durchgeführt wird.
10. Verwendung der nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 erhaltenen N-(2-Mercaptoäthyl)alkanamide zur Herstellung des Hydrochlorids von 2-Mercaptoäthylamin, dadurch gekennzeichnet, dass man die genannten N-(2 Mercaptoäthyl)alkanamide mit wässriger Chlorwasserstoffsäure hydrolysiert.
Über die Chemie der Oxazoline wurde ausführlich in den drei folgenden Veröffentlichungen berichtet.
(1) Wiley et al., Chemical Reviews, Band 44, 447 (1949), (2) Seeliger et al., Angew. Chem. International Addition, Band 5, Nr. 10, 875 (1966) und (3) Frump, Chemical Reviews, 1971, Band 71, 5483.
Aus diesen zusammenfassenden Artikeln sieht man, dass eine grosse Vielzahl an Ringöffnungsreaktionen von Oxazolinen bekannt sind, es wurden jedoch überraschend wenige Reaktionen von Schwefelwasserstoff mit Oxazolinen jemals in Betracht gezogen.
In der US-Patentschrift Nr. 3 670 046 von Tomalia et al.
wird beschrieben, dass bestimmte Bisoxazoline mit Bismercaptanen oder mit Schwefelwasserstoff reagieren, wobei sich Polymere bilden. In den US-Patentschriften Nr.
3 630 996, Nr. 3 723 451 und Nr. 3 746 691, die ebenfalls auf Tomalia et al. lauten, wird ferner gesagt, dass Schwefelwasserstoffmit bestimmten 2-Alkenyl-2-oxazolinen reagiert, wobei sich die entsprechenden Bis(2-oxazolinyläthyl)sulfide bilden. In keiner dieser Literaturstellen ist jedoch die Herstellung von N-(2-Mercaptoäthyl)alkanamiden erwähnt.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass N-(2 Mercaptoäthyl)alkanamide in hervorragend guter Ausbeute hergestellt werden können, indem man nach dem erfindungsgemässen Verfahren in der 2-Stellung unsubstituierte oder mit einer Alkylgruppe substituierte 2-Oxazoline mit Schwefelwasserstoff umsetzt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von N-(2-Mercaptoäthyl)alkanamiden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man unter wasserfreien Bedingungen ein 2-11-2-Oxazolin oder ein 2-M- kyl-2-oxazolin der Formel
EMI1.2
in welcher
R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und die Reste R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander die Bedeutungen von Wasserstoffatomen, niederen Alkylresten, hydroxy-substituierten niederen Alkylresten oder Phenylresten besitzen, mit Schwefelwasserstoff umsetzt.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Produkte gehören zu einer bekannten Klasse von nützlichen Verbindungen, wobei diese Produktklasse viele Einzelprodukte umfasst. Alle diese einzelnen Substanzen können unter Verwendung von wässriger Chlorwasserstoffsäure hydrolysiert werden, wobei sich das Hydrochlorid des 2 Mercaptoäthylamins bildet, welches dann, wenn es als freie Base, also in neutralisierter Form, vorliegt zu mehreren Zwecken verwendet werden kann, nämlich als Härtungsmittel für Epoxiverbindungen, als Abbindemittel für Säuren oder als Zwischenprodukte zur Herstellung von Pharmazeutika.
Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eingesetzten Ausgangsmaterialien gehören zu einer bekannten Klasse von Produkten. Die als Ausgangsmaterial zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ver
wendeten Oxazoline sind 2-H-2-Oxazoline bzw. 2-Alkyl-2oxazoline, welche der Formel
EMI2.1
in welcher
R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und vorzugsweise die Bedeutung eines Methylrestes oder Äthylrestes aufweist, entsprechen.
In der oben angegebenen Formel I bedeuten ferner die Reste Rl, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander Wasserstoffatome oder Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder hydroxy-substituierte niedere Alkylreste oder Phenylreste. Vorzugsweise sind in den Verbindungen der Formel I die Reste R3 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoffatome, Methylreste, Athylreste oder Hydroxymethylreste, während sowohl der Rest R3 als auch der Rest R4 die Bedeutung eines Wasserstoffatoms besitzt. Speziell bevorzugt sind solche Verbindungen der Formel I, in welchen sämtliche Reste R1, R2, R3 und R4 Wasserstoffatome bedeuten.
Beispiele für als Ausgangsmaterial verwendbares 2-A1- kyl-2-oxazolin der Formel I sind diejenigen, welche in der folgenden Tabelle I zusammengestellt sind, wobei in der Tabelle I die Bedeutungen der Reste R, R1, R2, R3 und R4 der als Ausgangsmaterial verwendeten Verbindungen der weiter vorne angeführten Formel I angeführt sind.
Tabelle I R R1 R2 R3 R4 H H H H H CH3 H H H H C2H5 H H H H CH15 s H H H H C11H23 H H H H C17H35 H H H H CH3 C6H5 H H H C5H,1 C6H5 H H C6H5 C2H5 CH3 H H H CH3 CH3 CH3 H H C8H,7 CH2OH CH2OH H H C2H5 C4H0 H H ·H5 CH3 H H CH3 CH3 C2H5 H H H C2H5
Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendeten 2-Oxazoline werden üblicherweise hergestellt, indem man eine Alkansäure mit einem Äthanolamin umsetzt, wobei sich das entsprechende Salz des Amines oder auch das entsprechende Säureamid bildet, worauf man dann die so gebildeten Verbindungen in Anwesenheit von Aluminiumoxid als Katalysator erhitzt, so dass sich als Produkt das entsprechende 2-Alkyl-2-oxazolin bildet.
Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ablaufende Reaktion kann entweder unverdünnt oder in Anwesenheit eines organischen Lösungsmittels durchgeführt werden, das sich bei dem ablaufenden Verfahren inert verhält. Beispiele für geeignete organische Lösungsmittel sind Alkanole mit 14 Kohlenstoffatomen und zwar insbesondere Methanol sowie Kombinationen derartiger Alkanole mit üblichen Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln, wie z. B.
Benzol, Toluol oder ähnliche. Vorzugsweise führt man das erfindungsgemässe Verfahren unverdünnt oder in Methanol durch. Ferner ist es auch vorzuziehen, die Reaktion unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen ablaufen zu lassen.
Die als Ausgangsmaterial eingesetzten Oxazoline hydrolysieren nämlich leicht, wenn Wasser anwesend ist und aus diesem Grund werden im wesentlichen wasserfreie Bedingungen benötigt, um die Produktausbeute optimal hoch zu halten.
Auf Grund der Stöchiometrie, der beim eründungsge- mässen Verfahren ablaufenden Reaktion, wird gewöhnlich 1 Mol Schwefelwasserstoff pro Mol des als Ausgangsmaterial eingesetzten 2-Alkyl-2-oxazolins benötigt. Es kann mehr oder weniger als die stöchiometrische Menge jedes der beiden Ausgangsmaterialien eingesetzt werden. Dennoch ist es vorzuziehen, einen Überschuss an Schwefelwasserstoff zu verwenden, um ein vollständiges Ablaufen der Reaktion zu erreichen und um die Ausbeute an dem Produkt auf ein Maximum zu bringen und gleichzeitig die Bildung von Nebenprodukten möglichst gering zu halten, wie z. B. die Bildung von Bis(alkanamidoäthyl)-sulfid.
Die Reihenfolge, in der die Ausgangsmaterialien zugefügt werden und die Methode der Vermischung der Ausgangsmaterialien ist nicht kritisch. Vom Standpunkt der Verfahrensführung jedoch ist es im allgemeinen vorteilhaft, den Schwefelwasserstoff allmählich einem Reaktionsgefäss zuzusetzen, in das bereits vorher das Oxazolinausgangsmaterial eingeführt wurde, und zwar ist ein derartiges Vorgehen hauptsächlich deshalb von Vorteil, weil dadurch die Reaktionstemperatur in bestimmten Bereichen wirksam eingehalten werden kann.
Im wesentlichen jede Reaktionstemperatur, die im Bereich von etwa 20 "C bis etwa 200 "C liegt, kann verwendet werden, aber normalerweise ist es vorzuziehen, die Reaktion bei einer Temperatur durchzuführen, die im Bereich von 50 "C bis etwa 150 "C zu finden ist. Bei diesen Temperaturen kann die Reaktion unter autogenem Druck oder einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck durchgeführt werden, indem man eine übliche druckfeste Vorrichtung verwendet.
Die bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ablaufende Reaktion ist exotherm und im allgemeinen ist es nicht nötig, Hitze zuzuführen, nachdem die Reaktion einmal begonnen hat. Üblicherweise ist es vorteilhaft, die Reaktion in einer Vorrichtung durchzuführen, in welcher die Temperatur durch Kühlung im beabsichtigten Bereich eingehalten werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass die Reaktionsgeschwindigkeit und die Produktausbeuten geringer sind, wenn eine Reaktionstemperatur innerhalb der unteren Bereiche angewandt wird, beispielsweise eine Reaktionstemperatur, die im Bereich von 20 bis 70 "C zu finden ist. In diesen Fällen können die Produktausbeuten erhöht werden, indem die Reaktionsmischung auf den bevorzugten Temperaturbereich erwärmt, beispielsweise eine Temperatur, die im Bereich von 100-150 "C zu finden ist. Dieser Reaktionsschritt, bei dem eine Nacherhitzung durchgeführt wird, dürfte dazu führen, dass mindestens eines der gebildeten Nebenprodukte, beispielsweise ein gebildetes Hydroxyäthyl-thiocarboxamid thermisch in die Ausgangsmaterialien zurückverwandelt wird oder dass es sich zu dem gewünschten Endprodukt umlagert.
Die Erfindung sei nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Herstellung von N-(2-Mercaptoäthyl)acetamid
In einen Druckreaktor nach Parr, der ein Fassungsvermögen von 1 Liter besass, füllte man 192,2 g an wasserfreiem Methanol und 73,0 g (2,14 Mole, entsprechend einem 7prozentigen Überschuss) an Schwefelwasserstoff ein und die gerührte Lösung wurde auf 100 "C erhitzt. Dann wurden 169,3 g (1,99 Mole) an 2-Methyl-2-oxazolin in die abgedichtete Bombe durch einen Zugabehahn eingepumpt und zwar mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 g/min. Während der Zugabe stieg die Temperatur der gerührten Lösung auf 111 "C an und der Druck innerhalb der Bombe fiel von 22,6 g/cm2 auf 4,59 kg/crn2 ab. Aus dem Druckabfall sieht man, dass der ursprünglich anwesende Schwefelwasserstoff der Formel H2S in das gewünschte Alkanamid umgewandelt wird.
Um sicherzugehen, dass eine vollständige Umwandlung stattfindet, wurde das Reaktionsgefäss auf die zuletzt genannte Temperatur noch während weiterer 4 Stunden weiter erhitzt. Während dieser Nachheizperiode blieb der Bom- bendruck konstant, woraus man sah, dass die Reaktion im wesentlichen vollständig war. Anschliessend wurde die Reaktionsmischung abgekühlt und flüchtige Bestandteile wurden aus ihr unter vermindertem Druck entfernt. Die Analyse des im Reaktionsgefäss zurückbleibenden Materials mit Hilfe einer Titration mit standardisierter Iodidlösung und Iodatlösung, (diese Analyse zeigt die funktionellen Mercaptogruppen an) gab den Hinweis dafür, dass 201,9 g des gewünschten Amides gebildet worden war, was einer Ausbeute von 85,1%, bezogen auf die als Ausgangsmaterial eingesetzte Menge an Oxazolin, entsprach.
Bei der Destillation unter vermindertem Druck erhielt man 92,6% Ausbeute an einer wasserklaren viskosen Flüssigkeit, welche bei einem Druck von 0,9 mm Quecksilbersäule einen Siedepunkt von 125 "C besass. Als Nebenprodukt wurde das Bis(acetamidoäthyl)sulfid in solchen Mengen gebildet, welche im wesentlichen für den Verbrauch der restlichen Menge an Ausgangsmaterialien verantwortlich sind.
N-(2-Mercaptoäthyl)propionamid wurde in ähnlich guten Ausbeuten unter im wesentlichen den gleichen Verfahrensbedingungen hergestellt.
Beispiel 2
Herstellung von N-(2-Mercaptoäthyl)propionamid
Es wurden 496,4 g (5,01 Mole) 2-Äthyl-2-oxazolin in ein Reaktionsgefäss nach Parr aus rostfreiem Stahl, welches ein Fassungsvermögen von 1 Liter besass, eingebracht und das Reaktionsgefäss wurde mit einem Rührer, mit Vorrichtungen zur Erhitzung und mit einem Tauchrohr versehen, wobei das Tauchrohr dazu bestimmt ist, Schwefelwasserstoff unter- halb der Oberfläche des flüssigen Oxazolines in das Reaktionsgefäss einzubringen. Das Oxazolin wurde auf 70 "C erwärmt und 189,5 g (5,56 Mole) Schwefelwasserstoff wurden dem Reaktionsgefäss über das Eintauchrohr mit einer Geschwindigkeit von 3,7 g/min. zugeführt.
Die Temperatur wurde bei 70-75 "C während der Zugabe des Schwefelwasserstoffes belassen, und nachdem die Schwefelwasserstoffzugabe vollständig war, beliess man die Reaktionsmischung noch während weiterer 4,3 Stunden bei dieser Temperatur.
Anschliessend erhitzte man die Reaktionsmischung während 5 Stunden auf eine Temperatur von 150 "C. Nach diesem Nacherhitzungsschritt wurde die Reaktionsmischung auf 85 "C abgekühlt, und der Überschuss an Schwefelwasserstoff wurde abgeblasen und einem mit Lauge gefüllten Gaswäscher zugeführt, und dann wurde Stickstoff durch die zurückbleibende flüssige Reaktionsmischung hindurch perlen gelassen, um den restlichen Schwefelwasserstoff zu entfernen.
Man erhielt 653,7 g eines klaren, braunen flüssigen Produkts und die Analyse des so erhaltenen Produktes zeigte, dass es das gewünschte Produkt, nämlich das N-(2 Mercaptoäthyl)propionamid war. Dieses Material wurde also in einer Ausbeute von 86,8%, bezogen auf die theoretische Ausbeute hergestellt, wobei als Basis für die Berechnung der Ausbeute das als Ausgangsmaterial eingesetzte Oxazolin diente. Das erwünschte Produkt wurde aus dem rohen Produkt unter Verwendung eines Destillierapparates mit fallendem Film gewonnen und man erhielt auf diese Weise das Produkt in Form einer wasserklaren Flüssigkeit, welche eine geringe Menge, und zwar weniger als 5%, an 2 Äthyl-2-thiazolin enthielt.
Die Anwesenheit dieses Thiazolines ist deshalb nicht nachteilig, weil es unter den in der Folge angegebenen Reaktionsbedingungen ebenfalls hydrolysiert, wobei sich das Hydrochlorid des Mercaptoäthylamins bildet.
Beispiel 3
Herstellung des Hydrochlorides des Mercaptoäthylamins
Ein Anteil des nach dem Verfahren gemäss Beispiel 1 hergestellten N-(2-Mercaptoäthyl)acetamides, nämlich 119,2 g (1,00 Mole) dieses Produktes und 205,6 g (1,10 Mole) einer 19,5prozentigen wässrigen Chlorwasserstoffsäure wurden in ein Reaktionsgefäss gegeben, das mit einem magnetischen Rührer und einem Rückflusskühler ausgestattet war. Die Reaktionsmischung wurde 4 Stunden lang unter Rückfluss erhitzt, was etwa einer Temperatur von 107 "C entsprach und zwar unter Verwendung einer Stickstoffschutzatmosphäre. Anschliessend wurden flüchtige Bestandteile aus der Reaktionsmischung unter Vakuum entfernt, wobei eine viskose, leicht gelbe Flüssigkeit in dem Reaktionsgefäss zurückblieb, die dann beim Kühlen unter Bildung eines weissen Feststoffes kristallisierte.
Man erhielt 114,0 g des kristallinen Materials, und anhand des kernmagnetischen Resonanzspektrums und des Infrarotspektrums konnte bewiesen werden, dass das kristalline Material das Hydrochlorid des Mercaptoäthylamins war. Dieses Salz ist eine im Handel erhältliche Verbindung, die zu verschiedenen Verwendungszwecken eingesetzt werden kann. Besonders häufig wird dieses Produkt als Zwischenprodukt bei der Herstellung pharmazeutischer Produkte eingesetzt. Das Hydrochlorid des Mercaptoäthylamins kann auch unter Verwendung einer Base neutralisiert werden, beispielsweise mit Natronlauge, und in dieser Form des freien Amins kann es als Epoxi-Härtungsmittel in Epoxiharzen verwendet werden.
In diesem Produkt sind beide Gruppen, nämlich sowohl die Mercaptogruppe als auch die Aminogruppe, mit der Epoxigruppierung reaktiv. Es sei in diesem Zusammenhang auf das Buch Handbook of Epoxy Resins von Lee und Neville, McGraw-Hill Book Company (1967) hingewiesen.
Ausserdem kann das bei der Neutralisierung des Salzes erhaltene freie Produkt als Abfangmittel für Säuren verwendet werden, um eine Korrosion durch Säuren zu verhindern.
Andere Mercaptoäthylamine sind für ähnliche Verwendungszwecke geeignet.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. A process for the preparation of N- (2-mercaptoethyl) alkanamides, characterized in that, under anhydrous conditions, a 2-11-2-oxazoline or a 2-alkyl2-oxazoline of the formula
EMI1.1
in which
R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms and the radicals R1, R2, R3 and R4 each independently represent hydrogen atoms, lower alkyl radicals, hydroxy-substituted lower alkyl radicals or phenyl radicals, reacted with hydrogen sulfide.
2. The method according to claim 1, characterized in that one carries out the reaction in the presence of an inert organic solvent.
3. The method according to claim 2, characterized in that an alkanol having 1 to 4 carbon atoms is used as the inert organic solvent.
4. The method according to claim 3, characterized in that methanol is used as the organic solvent.
5. The method according to claim 1, characterized in that one carries out the implementation in undiluted form.
6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a starting material of formula I is used to carry out the reaction, in which the radicals Rl and R2 independently of one another have the meaning of hydrogen atoms, methyl radicals, ethyl radicals or hydroxymethyl radicals and both R3 as well as R4 represent a hydrogen atom.
7. The method according to claim 6, characterized in that one uses a starting material in which all radicals Rl, R2, R3 and R4 are hydrogen atoms and R is a methyl radical or ethyl radical.
8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that one carries out the reaction at a temperature in the range of 20 to 200 "C.
9. The method according to claim 8, characterized in that the reaction is carried out at a temperature in the range from 50 to 150 "C.
10. Use of the N- (2-mercaptoethyl) alkanamides obtained by the process according to claim 1 for the preparation of the hydrochloride of 2-mercaptoethylamine, characterized in that the said N- (2 mercaptoethyl) alkanamides are hydrolyzed with aqueous hydrochloric acid.
The chemistry of oxazolines has been reported in detail in the following three publications.
(1) Wiley et al., Chemical Reviews, Vol. 44, 447 (1949), (2) Seeliger et al., Angew. Chem. International Addition, Vol. 5, No. 10, 875 (1966) and (3) Frump, Chemical Reviews, 1971, Vol. 71, 5483.
From these summarizing articles it can be seen that a wide variety of ring opening reactions of oxazolines are known, but surprisingly few reactions of hydrogen sulfide with oxazolines have ever been considered.
U.S. Patent No. 3,670,046 to Tomalia et al.
describes that certain bisoxazolines react with bismercaptans or with hydrogen sulfide, with the formation of polymers. In U.S. Patent Nos.
3,630,996, No. 3,723,451 and No. 3,746,691, also to Tomalia et al. it is also said that hydrogen sulfide reacts with certain 2-alkenyl-2-oxazolines to form the corresponding bis (2-oxazolinylethyl) sulfides. However, none of these references mentions the preparation of N- (2-mercaptoethyl) alkanamides.
It has now surprisingly been found that N- (2 mercaptoethyl) alkanamides can be prepared in excellent yield by reacting 2-oxazolines which are unsubstituted or substituted by an alkyl group with hydrogen sulfide by the process according to the invention.
The present invention therefore relates to a process for the preparation of N- (2-mercaptoethyl) alkanamides, which is characterized in that a 2-11-2-oxazoline or a 2-M-alkyl-2-oxazoline is used under anhydrous conditions formula
EMI1.2
in which
R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms and the radicals R1, R2, R3 and R4 independently of one another have the meanings of hydrogen atoms, lower alkyl radicals, hydroxy-substituted lower alkyl radicals or phenyl radicals, reacted with hydrogen sulfide.
The products produced by the process according to the invention belong to a known class of useful compounds, this product class comprising many individual products. All of these individual substances can be hydrolyzed using aqueous hydrochloric acid to form the hydrochloride of 2 mercaptoethylamine, which, when present as a free base, ie in neutralized form, can be used for several purposes, namely as a curing agent for epoxy compounds. as a setting agent for acids or as an intermediate for the manufacture of pharmaceuticals.
The starting materials used to carry out the process according to the invention belong to a known class of products. The ver as starting material for carrying out the method according to the invention
Oxazolines used are 2-H-2-oxazolines or 2-alkyl-2oxazolines, which have the formula
EMI2.1
in which
R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms and preferably has the meaning of a methyl radical or ethyl radical.
In the formula I given above, the radicals R 1, R 2, R 3 and R 4 further independently denote hydrogen atoms or alkyl radicals having 1 to 6 carbon atoms or hydroxy-substituted lower alkyl radicals or phenyl radicals. In the compounds of the formula I, the radicals R3 and R2 are preferably, independently of one another, hydrogen atoms, methyl radicals, ethyl radicals or hydroxymethyl radicals, while both the radical R3 and the radical R4 have the meaning of a hydrogen atom. Those compounds of the formula I in which all the radicals R1, R2, R3 and R4 denote hydrogen atoms are particularly preferred.
Examples of 2-A1-alkyl-2-oxazoline of the formula I which can be used as the starting material are those which are compiled in Table I below, in Table I the meanings of the radicals R, R1, R2, R3 and R4 as the starting material used compounds of formula I listed above are listed.
Table IR R1 R2 R3 R4 HHHHH CH3 HHHH C2H5 HHHH CH15 s HHHH C11H23 HHHH C17H35 HHHH CH3 C6H5 HHH C5H, 1 C6H5 HH C6H5 C2H5 CH3 HHH CH3 CH3 CH3 HH C8H4 CHH3 CH3H3 HHH C2H5
The 2-oxazolines used to carry out the process according to the invention are usually prepared by reacting an alkanoic acid with an ethanolamine, the corresponding salt of the amine or also the corresponding acid amide being formed, whereupon the compounds thus formed are then used in the presence of aluminum oxide as a catalyst heated so that the corresponding 2-alkyl-2-oxazoline is formed as the product.
The reaction taking place to carry out the process according to the invention can either be carried out neat or in the presence of an organic solvent which is inert in the process taking place. Examples of suitable organic solvents are alkanols with 14 carbon atoms, in particular methanol, and combinations of such alkanols with conventional hydrocarbon solvents, such as. B.
Benzene, toluene or the like. The process according to the invention is preferably carried out undiluted or in methanol. It is also preferable to allow the reaction to proceed under essentially anhydrous conditions.
The oxazolines used as the starting material hydrolyze easily when water is present and for this reason essentially water-free conditions are required in order to keep the product yield optimally high.
Due to the stoichiometry of the reaction taking place in the process according to the orifice, 1 mole of hydrogen sulfide is usually required per mole of the 2-alkyl-2-oxazoline used as starting material. More or less than the stoichiometric amount of each of the two starting materials can be used. However, it is preferable to use an excess of hydrogen sulfide to achieve complete reaction and to maximize the yield of the product while minimizing by-product formation, e.g. B. the formation of bis (alkanamidoethyl) sulfide.
The order in which the starting materials are added and the method of mixing the starting materials is not critical. From the point of view of the process, however, it is generally advantageous to gradually add the hydrogen sulfide to a reaction vessel into which the oxazoline starting material has previously been introduced, and this is primarily advantageous because it allows the reaction temperature to be effectively maintained in certain ranges.
Essentially any reaction temperature ranging from about 20 "C to about 200" C can be used, but it is usually preferred to carry out the reaction at a temperature ranging from 50 "C to about 150" C find is. At these temperatures, the reaction can be carried out under autogenous pressure or above atmospheric pressure using a conventional pressure-resistant device.
The reaction taking place when the process according to the invention is carried out is exothermic and it is generally not necessary to apply heat once the reaction has started. It is usually advantageous to carry out the reaction in a device in which the temperature can be maintained in the intended range by cooling.
It has been shown that the reaction rate and the product yields are lower if a reaction temperature within the lower ranges is used, for example a reaction temperature which can be found in the range from 20 to 70 ° C. In these cases, the product yields can be increased, by heating the reaction mixture to the preferred temperature range, for example a temperature which can be found in the range of 100-150 ° C. This reaction step, in which reheating is carried out, should lead to at least one of the by-products formed, for example a hydroxyethylthiocarboxamide formed, being thermally converted back into the starting materials or rearranging to the desired end product.
The invention will now be explained in more detail with reference to the following examples.
example 1
Preparation of N- (2-mercaptoethyl) acetamide
In a Parr pressure reactor with a capacity of 1 liter, 192.2 g of anhydrous methanol and 73.0 g (2.14 moles, corresponding to a 7 percent excess) of hydrogen sulfide were introduced and the stirred solution was brought to 100 " C. Then 169.3 g (1.99 moles) of 2-methyl-2-oxazoline were pumped into the sealed bomb through an addition tap at a rate of about 2.5 g / min The temperature of the stirred solution rose to 111 ° C. and the pressure inside the bomb dropped from 22.6 g / cm 2 to 4.59 kg / cm 2. From the drop in pressure it can be seen that the hydrogen sulfide of the formula H2S originally present is converted into the desired alkanamide.
In order to ensure that a complete conversion takes place, the reaction vessel was heated to the last-mentioned temperature for a further 4 hours. During this post-heating period, the bomb pressure remained constant, which indicated that the reaction was essentially complete. The reaction mixture was then cooled and volatile constituents were removed from it under reduced pressure. Analysis of the material remaining in the reaction vessel using a titration with standardized iodide solution and iodate solution (this analysis shows the functional mercapto groups) indicated that 201.9 g of the desired amide had been formed, which gave a yield of 85.1 %, based on the amount of oxazoline used as the starting material, corresponded.
Distillation under reduced pressure gave 92.6% yield of a water-clear viscous liquid which had a boiling point of 125 ° C. at a pressure of 0.9 mm of mercury. The by-product formed in such amounts was the bis (acetamidoethyl) sulfide , which are essentially responsible for the consumption of the remaining amount of starting materials.
N- (2-mercaptoethyl) propionamide was prepared in similarly good yields under essentially the same process conditions.
Example 2
Preparation of N- (2-mercaptoethyl) propionamide
496.4 g (5.01 moles) of 2-ethyl-2-oxazoline were placed in a Parr stainless steel reaction vessel having a capacity of 1 liter, and the reaction vessel was agitated with a stirrer, with heating and provided with an immersion tube, the immersion tube being intended to introduce hydrogen sulfide into the reaction vessel below the surface of the liquid oxazoline. The oxazoline was heated to 70 ° C. and 189.5 g (5.56 moles) of hydrogen sulfide were fed to the reaction vessel through the immersion tube at a rate of 3.7 g / min.
The temperature was maintained at 70-75 ° C during the addition of the hydrogen sulfide, and after the hydrogen sulfide addition was complete, the reaction mixture was left at this temperature for an additional 4.3 hours.
The reaction mixture was then heated to a temperature of 150 ° C. for 5 hours. After this reheating step, the reaction mixture was cooled to 85 ° C. and the excess hydrogen sulfide was vented off and fed to a gas scrubber filled with alkali, and then nitrogen was removed through the remaining one bubbled liquid reaction mixture to remove the remaining hydrogen sulfide.
653.7 g of a clear, brown liquid product were obtained and the analysis of the product thus obtained showed that it was the desired product, namely the N- (2 mercaptoethyl) propionamide. This material was thus produced in a yield of 86.8%, based on the theoretical yield, the oxazoline used as the starting material being used as the basis for calculating the yield. The desired product was obtained from the crude product using a falling film still and the product was thus obtained in the form of a water-clear liquid containing a small amount, less than 5%, of 2 ethyl-2-thiazoline .
The presence of this thiazoline is not disadvantageous because it also hydrolyzes under the reaction conditions given below, the hydrochloride of mercaptoethylamine being formed.
Example 3
Manufacture of hydrochloride of mercaptoethylamine
A portion of the N- (2-mercaptoethyl) acetamide produced by the process according to Example 1, namely 119.2 g (1.00 mole) of this product and 205.6 g (1.10 mole) of a 19.5 percent aqueous hydrochloric acid were placed in a reaction vessel equipped with a magnetic stirrer and a reflux condenser. The reaction mixture was heated under reflux for 4 hours, which corresponded to a temperature of 107 ° C. using a nitrogen blanket. Then volatiles were removed from the reaction mixture under vacuum, leaving a viscous, slightly yellow liquid in the reaction vessel, which then crystallized on cooling to form a white solid.
114.0 g of the crystalline material was obtained, and the nuclear magnetic resonance spectrum and the infrared spectrum were used to prove that the crystalline material was the hydrochloride of mercaptoethylamine. This salt is a commercially available compound that can be used for various purposes. This product is used particularly frequently as an intermediate in the manufacture of pharmaceutical products. The hydrochloride of mercaptoethylamine can also be neutralized using a base, for example with sodium hydroxide solution, and in this form of the free amine it can be used as an epoxy curing agent in epoxy resins.
In this product, both groups, namely both the mercapto group and the amino group, are reactive with the epoxy grouping. In this context, reference is made to the book Handbook of Epoxy Resins by Lee and Neville, McGraw-Hill Book Company (1967).
In addition, the free product obtained in the neutralization of the salt can be used as an acid scavenger to prevent corrosion by acids.
Other mercaptoethylamines are suitable for similar uses.