CS196523B1

CS196523B1 - Process for preparing aziridines

Info

Publication number: CS196523B1
Application number: CS108174A
Authority: CS
Inventors: Ernst Schmitz; Uwe Bicker
Original assignee: Ernst Schmitz; Uwe Bicker
Priority date: 1973-02-15
Filing date: 1974-02-14
Publication date: 1980-03-31
Also published as: DE2354470A1; HU168342B; CH592622A5; SU530025A1; DD108532A1

Description

Vynález se týká způsobu výroby aziridinů z olefinů.

Je známo, že lze vyrábět aziridiny uzavřením kruhu Λ -halogéneminů nebo z esterů kyseliny sírové s β-aminoalkoholy. Použije-li se jako výchozích látek olefinů, Je nutno tyto sloučeniny nejprve převést na/3-halogenaminy nebo na/ϊ -aminoalkoholy. Vyrobí se tedy nepř. ethylenimin jako základní jednotka a pak se ethylen chloruje.na dichlorethyn a ten se pak uvede v reakci s amoniakem. Známé způsoby výroby aziridinů substituovaných na atomu uhlíku z olefinů jsou komplikované. Spočívají například v tom, že se olefin uvede v reakci s nitrosylchloridem, azidem jodu, Ν,Ν-dichlorurethanem nebo isokyanátem jodu, čímž vzniká ^-halogenalkylováná dusíkatá sloučenina, jejíž dusík obsahující skupina se redukcí nebo zmýdelněním převede na aminoskupinu, nutnou pro uzavření kruhu. Takto získaná sloučenina se pak cyklizuje na aziridin.

Je věak také známo, že lze tyto aziridiny získat.tak, že se olefin epoxiduJe, epoxidový kruh se otevře amoniakem a vzniklý aminoalkohol se převede na aziridin přes svůj ester s kyselinou sírovou.

Pále Je známo, že lze vyrobit nejprve aziridiny, substituované na atomu dusíku a tyto aziridinové deriváty se změní odštěpením substituentu na atomu dusíku na aziridiny na tomto atomu nesubstituované· To Je možno provést například současným navázáním atomu halogenu a nitrilových skupin na olefiny, hydrolýzou získaných edičních sloučenin na ^3 -halogenalkylacylaminy, cyklizací acylaminů působením zásad na N-acylazAridiny· Z těchto sloučenin je možno známým způsobem odštěpit acylovou skupinu, Čímž se získají nesubstituované aziridiny.

Je dále známo, že lze uvést v reakci azidy s olefiny za zvýšené teploty nebo fotochemickým způsobem, přičemž vznikají aziridiny odštěpením atomu dusíku za vzniku triazolinů nebo nitrenů jako meziproduktů·

Konečně je popsána celá řada specielních reakcí, které spočívají v tom, že se olefiny převádějí na aziridiny pomocí nitrenů, vznikajících in šitu za použití nanejvýš komplikovaných reakčních činidel, například diacylhydrazinu a tetraacetátu olova nebo ve zvláštním případě cl ,£-nenasycených aminů přes oxidaci bicyklického azlridinů.

Bylo také navrhováno získávat nesubstituované aziridiny reakcí mezi olefiny a oxaziridiny, neaubstituovanými na atomu dusíku.

Všechny zmíněné postupy nejsou vhodné pro výrobu azlridinů ve velkém měřítku, protože vyžadují bu& několik preparátivních stupňů, nákladných na Čas, nebo Je nutno použít těžko dostupných reakčních složek nebo provádět postup 8 použitím azidů, což Je nebezpečí né.

Cílem vynálezu je odstranit nevýhody svrchu uvedených známých postupů.

Vynález si klade za úkol navrhnout způeob výroby azlridinů z olefinů, který by byl jednoduchý, nenesl s sebou nebezpečí а к přeměně olefinů by se použilo enadno dostupných sloučenin, přičemž přeměna olefinů by probíhala přímo na aziridiny.

Předmětem vynálezu Je tedy způsob výroby azlridinů obecného vzorce I

(I),

Ί O *5 Λ kde R ’ R, R^J a R* znamenají atomy vodíku, alkylové skupiny o 1 až 10 atomech uhlíku, fenyl nebo alkoxyfenyl o 1 až 3 atomech uhlíku v alkoxyskupině, přičemž skupiny r! - c - C - r\ popřípadě R^ — C - C - R^ popřípadě tvoří Sást cykloalifatického kruhu o 5 až 7 atomech uhlíku a R^ znamená atom vodíku, alkylovou skupinu o 1 až 4 atomech uhlíku nebo cykloalkylovou skupinu o 5 až 7 atomech uhlíku, z olefinů obecného vzorce II

(II), kde r\ R^, r3 a R^ mají svrchu uvedený význam, který se provádí tak, že se olefiny obecného vzorce II uvedou v reakci s N-halogenovanou sloučeninou obecného vzorce III nebo sloučeninou vzorce IV

R⁵ - NH - X(III)

R⁵ - NH₂(IV), kde svrchu uvedený význam a

X znamená atom chloru nebo bromu, v organickém rozpouštědle při teplotě

C až 150 °C, s výhodou při teplotě místnosti a takto vzniklý aziridin ее izoluje z refckční směsi známým způsobem.

N-Halogenované sloučeniny obecného vzorce III, kterých se používá к provádění způsobu podle vynálezu jsou snadno dostupné. Např. chloramin je možno vyrobit chlorací amoniaku v plynné fázi nebo reakcí amoniaku 8 roztokem chlornanů. Dichloramin je možno získat disproporcion&cí roztoků chloraminu za přítomnosti slabých kyselin. N-Alkylchloraminy nebo N-chlorcykloalkylaminy je možno získat zvláště snadno působením roztoků chlornanů na odpovídající primární aminy. Roztoky N-halogenovaných aminů Je možno používat bez jakéhokoliv nebezpečí.

Velkou výhodou způsobu podle vynálezu je to, že probíhá v Jediném stupni. Roztok olefinu a halogenované sloučeniny vzorce III se uvedou v reakci v organickém rozpustidle, jako toluenu, benzolu, chloroformu, etheru, dioxanu nebo tetrahydrofuranu při teplotě 0 sž 150 °C, výhodou při teplotě místnosti. Stupeň přeměny může záviset na poklesu oxidační schopnosti roztoku. Zpracovávání reakční směsi se provádí známým způsobem destilací nebo extrakcí vodnými roztoky kyselin.

Oproti svrchu zmíněným známým postupům к výrobě aziriúinů probíhá způsob podle vynálezu bez vzniku nežádoucích vedlejších meziproduktů. V případě, že vznikne amin, odpovídající N-halogenované sloučeniny, lze Jej vrátit zpět do reakční směsi. Také nezreagovaný olefin, který se často užívá v přebytku je možno uvést zpět do procesu. V případě kapalného olefinu je možno použít jako reakčního prostředí přímo tento olefin.

Aziridiny vyrobené způsobem podle vynálezu jsou cennými meziprodukty pro výrobu aminoalkoholů, diaminů a heterocyklických sloučenin, kterých se používá jako přísad při výrobě umělých hmot nebo к syntéze farmaceutických látek nebo látek pro ochranu rostlin. Příklad 1

Roztok 1,2 g (24 mmolů) chloraminu ve 200 ml benzolu, vyrobený chlorací amoniaku v plynné fázi , se smísí s 26 g (223 mmolů) -methyl sty rolu a směe se zahřívá v autoklávu při teplotě 100 °C 75 minut. Přítomnost chloraminu pak již není možno prokázat.

Světležlutý roztok se extrahuje 30 ml ledem ochlazené 2 N kyseliny sírové a fáze s obsahem kyseliny sírové se okamžitě po oddělení přidá к 15 ml 30% roztoku hydroxidu sodného.

198 523

Po ' extrakci etherem se etherický roztok zbaví vody síranem sodným a po oddestilování etheru se získá 1,3 ^g 2-fenýl-2-me^thy^lazⁱr^idinu· o ^teplo^tě varu 94 a£ 95 °C p^{ři tlak}u 1,866 kPa, což značí ' výtěžek 40 % teoretického' množství· _z

Příklad 2

Roztok 1,5 g (30 mmol) chloraminu v'50 ml dioxanu se smísí s 18 g (150 mmol)

OC-methylstyrolu a směs se nechá stát 14 dní při teplotě místnosti. Obsah chloraminu se pak sníží na 9 %. Získaný roztok se extrahuje 30 ml ledem ochlazené 2 N kyseliny sírové za přidání několika kapek nasyceného roztoku jodidu draselného a fáze s obsahem kyseliny sírové se přidá k 15 ml 30% roztoku . hydroxidu sodného. Po extrakci etherem se etherická fáze zbaví vody síranem ' sodným a ether se oddestiluje, čímž se získá 0,8 g 2-methyl-2-^nylaziridinu o ^te^plot^ě varu 9⁴ a^ž 95 °^{C při tl}a^ku ^{1,866 k}Pa, c^ož znamen^á výt^{ěžek 20} % teoretické hodnoty.

Příklad 3

Z n-propylaminu a chlornanu sodného vyrobený etherický roztok 5,0 g (5 mmolů) N-chlor-n-propylamlnu se smísí se 170 ml dioxanu a ether se odpaří ve vakuu. Přidá se 26 ^g (223 mmolů) OC/-meth^ylat^yrolu a směs se zahřív^á v au^^ávu 34^{2 h}o^din na 100 °C. N-Chlor-n-propylamin se pak Již nedá prokázat. Takto získaný roztok se extrahuje 50 ml ledem ochlazeného roztoku 2 N kyseliny sírové a tato fáze se přidá ke 25 ml 30% roztoku hydroxidu sodného. Po extrakci etherem se .etherický roztok zbaví vody síranem sodným a ether se oddestiluje, čímž se získá 4,1 g l-propyl^-fenyl^-methylaziridinu o ' teplotě varu ⁸⁰ a^{ž 8}5 °C pH t^ku 13,33 ^pa^, což znamen^á vý^těže^{k 43} % teore^tick^éhé mno^ž8tví.

Příklad 4

Z cyklohexylaminu a chlornanu sodného vyrobený roztok 4,0 g . (30 mmolů) N-chlorcyklohexylaminu v 80 . ml toluolu'se 7 hodin zahřívá pod zpětným chladičem 'k varu se 17,5 g (I50 mmolů) OL-methylstyrolu. N-Chlorcyklohexylamin se pak .již nedá prokázat. Vysrážený cyklohexylaminhydrochlorid ee oddělí filtrací a filtrát se destiluje, čímž se získá 3,0 g ^l-cyklohex^yl-2-methy^l-2-fen^ylazⁱrⁱdinu o te^plot^ě . varu ¹²⁰ až 1²3 °^{C př}i 1^06,6 Pa_r což znamená výtěžek 46 % teoretického množství.

Příklad 5

Z bromu a ethylaminu vyrobený roztok 8,7 g <70 mmolů) N-bromethylaminu ve 150 ml etheru se smísí se 41,3 g (350 mmolů) . 'OL· -methylstyrolu a směs se nechá stát při teplotě místnosti 6 hodin. Roztok, který již neobsahuje bromethylamin., se destiluje nejprve při atmosférickém tlaku., pak .při vakuu, získaném působením olejové vývěvy. Tímto způsobem ae zís^{ká 4,06} g l-etay^-metayl-^fBnylaziriůin o teplotě varu 50 až 5² °C při tlaku 40 Pa, což odpovídá výtěžku 36 ' % teoretického množství.

Příklad 6 '

Roztok . 7,2 g (58 mmolů) N-bromethylaminu ve 140 ml etheru ' ee nechá stát při teplotě místnosti s 32 g (292 mmolů) styrolu 5 hodin. Tento roztok pak již neobsahuje prakticky žádný N-bromethylamin. Roztok se smísí se 30 .ml 2 N roztoku kyseliny sírové .a extrakt se smísí s 10 ml 30% roztoku hydroxidu sodného. Po extrakci etherem ee etherická

198 523 fáze zbaví vody síranem sodným ' a ether se'· oddestiluje, čímž se získá 3757 g l-ethyl-2^-fen^ylaziridinu · o teplotě varu 47 °^{C při tl}a^ku 40 Pa, což od^pov^íd^á vý^žku 41 . % 'teoretického množství.

Příklad 7 .

Z cyklohexylaminu · a chlornanu sodného vyrobený roztok 9,3 g (70 ijxuoJLú) N-chlorcyklohexylaminu ve 110 ml toluolu se zahřívá se zpětným chladičem s 58,8 g (350 mmolů) dodecenu 1/4 hodiny. Pak se N-chlorcyklohexylamin již v roztoku nedá prokázat. Získaný roztok se extrahuje 40 ml 2 N roztoku kyseliny sírové a tato fáze se smísí se 20 ml 30% roztoku hydroxidu sodného. Po extrakci a oddestilování etheru se získá 1,4 g l-c^yklohex^yl-²-n-dec^yl/^l/azirⁱdinu, o ^te^plo^tě varu ¹⁰⁰ až 110*°C při tlaku 4⁰ Pa, co^ž o^dpovídá výtěžku 7 % teoretického množství.

Příklad 8 . 200 ml z n-butylaminu a chlornanu sodného připraveného roztoku 10,2 g '(96 mmolů)

N-chlor-n-but^yla^iinu v alkoholu se zahřívá na teplotu varu pod zpětným chladičem e 56 g (310 mmolů) trans-st^benu 7 hodin. Pak se již N-chlor-n-butylamin nedá v roztoku prokázat. Získaný roztok se extrahuje 40 ml 2 N roztoku kyseliny sírové a tato fáze se smísí s 15 ml 30% roztoku hydroxidu sodného. Po extrakci etherem, zbavení extraktu vody síranem sodným a oddestilování etheru se získá 2,85 g l-n-butyl-2,3-difenyl-aziridinu o teplotě varu 125 až 130 °C ^při t^laku ^66,6 · Pa, co^ž o6^pov^ídá . vý^těžku ¹² % teoret^kého množství.

. Příklad 9 • Roztok 1,0 .g (12,3 mmolů) dichloraminu ve 156 ml etheru, vyrobený disproporcionací 1,3 g (25 mmolů) chloraminu roztokem kyselého fosforečnanu sodného ve vodě, se nechá stát při teplotě místnosti se 17,5 g (150 mmolů) OC-methylstyrolu 48 hodin.· Pak se směs extrahuje 20 ml 2 N roztoku kyseliny sírové s přidáním několika kapek nasyceného roztoku jodidu draselného a'tato fáze se pak smísí s 5 ml 30% roztoku hydroxidu sodného..Po extrakci výsledné směsi etherem se·tato fáze zbaví vody síranem sodným a .ether se oddesti^luje^,' 'čím^ž se z^ís^{ká 0,}9 ^g 2-me^thy^lfen^ylazirⁱdⁱnu o^,te^plot^ě varu 94 až 95 °C ^při tlaku 1,866 kPa, což od^povídá výt^ěžku 55 % teoretického mno^tví.

Příklad 10

Roztok 1,1 g (12,5 mmolů) dichloraminu ve 100 ml etheru se nechá stát 3 dny při teplotě místnosti s 16,7 g (125 mmolů) para-methylstyrolu. Roztok .se extrahuje .20 ml ' 2 N roztoku kyseliny sírové · s přísadou několika kapek nasyceného .roztoku jodidu .draselného. Tato fáze se pak .smísí s 5 ml 30% roztoku hydroxidu sodného. Po extrakci etherem se· extrakt zbaví vody síranem sodným ' a ether se oddestiluje, čímž se získá 1,13'g 2-(p-methoxy^)fen^ylaziri^dinu o · te^otě varu 6² °C ^při ^tl'aku 4⁰ Pa^, což od^povídá výtěžku 60 % teoretického množství.

Příklad 11 . Z n-propylaminu a chlornanu sodného vyrobený roztok 6,0 g .(65 mmolů) N-chlor-n-propylaminu ve ' 180 ml tetrahydrofuranu se zahřívá se 70 g (650 mholů) styrolu tak dlou6

19В 523 ho pod zpětným chladičem na teplotu varu, až reakční roztok Již neobsahuje žádný N-chlor-n-propylamin. Pak ee roztok extrahuje 50 ml ledem ochlazené 2 N kyseliny sírové a tato fáze se smísí s 15 ml 30% roztoku hydroxidu sodného a extrahuje etherem. Etherický extrakt se zbpví vody síranem sodným a ether se oddestiluje, čímž se získá 2,65 g l-propyl-2-fenylaziridinu o teplotě varu 50 až 53 °C při tlaku 13^3 Pa. Výtěžek 27 % teoretického množství.

Příklad 12

Z n-butylaminu a chlornanu sodného vyrobený roztok 5,1 g (tj. 48 mmolů) N-chlor-n-butylaminu ve 100 ml chloroformu se zahřívá s 21 g (200 mmolů) styrolu tak dlouho pod zpětným chladičem, až již není možno prokázat žádný N-chlor-n-butylamin. Roztok se pak extrahuje 40 ml 2 N kyseliny sírové a tato fáze se pak smísí s 15 ml 30% hydroxidu sodného. Po extrakci etherem se extrakt zbaví vody síranem sodným a ether se oddestiluje, o

čímž se získá 1,5 g l-n-butyl-2-fenylaziridinu o teplotě varu 62 až 65 0 při tlaku 66,6

Pa, což odpovídá výtěžku 18 % teoretického množství.

Příklad 13

Z n-propylaminu a chlornanu sodného vyrobený roztok 4,7 g (50 mmolů) N-chlor-n-propylaminu v 80 ml toluolu se zahřívá s 18,8 g (200 mmolů)norbornenu 3 hodiny na teplotu varu. Pak se již v roztoku nedá prokázat N-chlor-n-propylamin. Získaný roztok se extrahuje 40 ml ledem ochťazené 2 N kyseliny sírové a tato fáze se smísí s 15 ml 30% hydroxidu sodného a pak se extrahuje etherem. Etherická fáze se zbaví vody síranem sodným a ether se oddestiluje, čímž se získá 1,43 g 3-propyl-3-azatricyklo-(3.2.1.O²>^^oxo)oktanu o teplotě varu 115 °C při tlaku 40 Pa, což odpovídá výtěžku 20 % teoretického množství.

Příklad 14

Roztok 1,5 g (29 mmolů) chloraminu ve 200 ml benzolu, vyrobený chlorací amoniaku v plynné fázi, se v kalorimetrické bombě zahřívá s 24,6 g (300 mmolů) cyklohexenu 90 minut na 90 až 100 °C. Roztok se extrahuje 40 ml ledem ochlazené 2 N kyseliny sírové za přidání několika kapek nasyceného roztoku Jodidu draselného a pak se tato fáze okamžitá smísí s 15 ml 30% hydroxidu sodného. Po extrakci etherem se extrakt zbaví vody síranem sodným a ether se oddestiluje, čímž se získá 1,0 g 2,3-tetramethylenaziridinu o teplotě varu 56 až 57 °C při tlaku 2,0 kPa, což odpovídá výtěžku 35 % teoretického množství.

Příklad 15

Roztok 1,2 g (14,5 mmolů) dichloraminu ve 130 ml etheru se nechá stát se 17,5 g (145 mmolů) n-oktenu(l) 24 hodin při teplotě místnosti. Po extrakci 30 ml ledem ochlazené 2 N kyseliny sírové s několika kapkami roztoku Jodidu draselného a po přidání 15 ml 30% hydroxidu sodného se roztok několikrát extrahuje etherem, extrakty se zbaví vody síranem sodným, ether se oddestiluje, čímž se získá 0,2 g 2-n-hexylaziridinu ve výtěžku 10 % teoretického množství.

Příklad 16

Roztok 6,2 g (50 mmolů) N-bromethylaminu ve 100 ml benzolu se nechájstát se

14,9 g (100 mmoly) m-nitrostyrolu 24 hodin při teplotě místnosti. Roztok, který Již neo7

198 523 sáhuje žádný N-bromethylamin, se extrahuje 30 ml 2 N kyseliny sírové, načež se z extraktu uvolní volná báze působením 10 ml 30% ' hydroxidu sodného. Tato . látka se smísí s etherem, vysuší se síranem sodným a po oddestilování etheru· se tímto způsobem ve výtěžku 30 % teoretického množství z^ísk^á 2,9 ^g ^ethy^^m-nttrofeny^ziridinu o te^plotě·varu 84 °C ^při · tlaku 6,66 Pa.

r

Příklad 17

Směs 106 g (900 mmolů) d-methylatyrolu a 50 - ml tetrachlormethanu se zahřívá ' na teplotu varu, načež ee v průběhu 15 minut po kapkách přidá roztok·360 mmolů N,N-d±brommethylatoinu, získaného z methylaminhydrochloridu a 2 molů bromnanu sodného při teplotě -5 až ⁰ °C. Roztok se v d^ůsled^ku reaWního ^te^pla poma^lu vaří a oxi^da^čn^í setopnost roztoku se snižuje. Roztok se zchladí a extrahuje 200 ml chladné 2 N kyséliny sírové. Z kyselého . roztoku se uvolní 1,2-dimethyl-2-fenylaziridin přidáním 50 ml koncentrovaného hydroxidu sodného, tato látka se extrahuje etherem a po vysušení a odpaření rozpouštědla se tímto způsobem ve výtěži 67 % “teoretic^ho množetv^í zís^ká 35,7 ^{g 1},2-dimethyl-2-^fen^ylaziridⁱnu o te^plot^ě varu 5⁶ až ⁶⁰ °C ^{při t}laku 5³^ ^pa.

Příklad 18

1C0 g OL -methylstyrolu a 10C ml tetrachlormethanu se zahřívá na teplotu varu.

Jakmile se směs začne vařit přidá se po kapkách roztok 340 mmolů, N,N-dibrom-n-butylaminu ve 250 ml tetrachlormethanu a roztok se přestane zahřívat, protože v důsledku reakčního tepla dojde k pomalému varu. Pak se roztok zchladí a vzniklý l-n-butyl-2-methyl-2-fenylaziridin'se izoluje - extrakcí chladnou 2 N kyselinou sírovou, . . alkalizací a extrakcí etherem. Tímto způsobem se ve výtěžku 52 % teoretického množství získá . 34 g uvedeného aziri^dinu o te^plot^ě varu ⁷² . a^ž 75 °^{C při tl}a^ku ^13,33 Pa. .

Příklad 19

Roztok 100 mmolů Ν,Ν-dichiorailyleminu a 400 mmolů styrolu ve 150 ml tetrachlormethanu §e nechá stát 2 dny při teplotě místnosti. Po této době oxidační schopnost roztoku zcela vymizí. Po extrakci chladnou 2 M kyselinou sírovou, alkalizací a extrakci etherem se tímto způsobem izoluje ve výtěžku 38 % teoretického množství 6,1 g l-allyl^-fenylazirtdinu o ^te^plo^tě varu 5⁴ až 57 °^{C při tl}a^ku ^26,6 Pa.

Claims

Způsob výroby aziridinů obecného vzorce I

R⁵ (I), kde R¹, R², R³ a R⁴ znamenají atomy vodíku, alkylové skupiny o 1 až 10 atomech uhlíku,

198 523 fenyl nebo alkoxyfenyl o 1 až 3 atomech uhlíku v alkoxyekupinČ, přičemž skupiny r1 _ C - C - r\ popřípadě R² ' - C - C - R^ popřípadě tvoří část . cykloallfatického kruhu o 5 až 7 atomech u^hlíku a R^ znamen^á atom vo^díku, a^lkylovou s^ku^pinu o ¹ a^ž 4 atomech u^hlíku nebo cykloalkylovou skupinu o 5 až 7 atomech uhlíku, ž olefinů obecného vzorce II (II), kd^e R¹, R², ^R3 a R^ maj^í svrc^hu uvedený význam, v^yznačující se Hm, ' ^že se o^le^fin^y o^becn^ého'vzorce II uvedou v reakci s N-halogenovanou sloučeninou obecného vzorce III nebo sloučeninou vzorce IV

R^{5 -} NH ^- X (III)

R⁵ - NH-, (IV), kde R^ m^á svrc^hu uvedený význam a ^χ znamen^á atom c^hloru ne^bo bromu, v organická roz^pouště^dle při ^teplotě 0 až 15° °C, s výhodou při teplotě místnosti, a takto vzniklý aziridin se izoluje z reakční směsi.