CS263683B1 - Způsob pHpravy esterů N-alkyS bete-alaninu - Google Patents

Abstract

Účelem řešení je získání esterů N- -alkyl-beta-alaninu s počtem uhlíkových atomů 2 až 18 v alkylové části, velice rychlým způsobem přípravy a s vysokým výtěžkem. Dosáhne se toho tím, že po reakci alkylesterů kyseliny akrylové s počtem uhlíkových atomů v alkylovém řetězci 2 až 18 s alifatickými či cykloalifetickými aminy o počtu uhlíkových atomů až 10 a v molárním přebytku jedné ze složek se použije jako katalyzátor 1 % obj. vody. Reakce probíhá při teplotě 20 až 30 °C po dobu nejvýše 2 hodin. Působením minerální kyseliny se získá příslušná sůl aminoesteru, která se působením nasyceného vodného roztoku alkalického hydroxidu převede na aminoester a ten se přídavkem vodorozpustného elektrolytu vysolí, izoluje a vysuší

Description

Vynález se týká způsobu'rychlé přípravy a snadné izolace vysoce čistých esterů N-alkyl-beta-alaninu.

Substituční deriváty aminokyselin se v současné době stávají stále více žádanými látkami, zejména v biochemickém průmyslu, neboř mnohé z nich se vyznačují antibakteriální aktivitou, Výšemolekulární deriváty (amidy, alkalické soli apod.) lze využít i jako detergenty či emulgační činidla (Hunusel D., Analyse der Tenside, carl Haneer Verlag, Munchen 1862), N-acyl deriváty pak v kosmetickém průmyslu.

Obecně lze říci. o reakcích aminoskupiny s estery nenasycených kyselin asi tolik, ze alifatické primární aminy reagují snadno, po delěí době i za normální teploty, např. s akryláty (Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Band 11/1, Stickstoffverbindungen IX., Georg Thieme Verlag-Stuttgart 1961). S krotonáty probíhá reakce jeětě snáze, methakryláty jsou naopak méně eraktivní. Sekundární alifatické aminy reagují pomaleji, po delším stání při 25 °C. V alfa-poloze rozvětvené sekundární aminy, např. diisopropylamin nereagují vůbec. Také aromatické aminy reaguji obvykle obtížně, teprve při vyšších teplotách a v přítomnosti katalyzátorů (Jónczyk A. a kol., Przem. Chem. 57, 131, 180, 1978). Situace je obdobná i u diesterů nenasycených dikarboxylových kyselin (maleináty, fumaráty, atd.). U polymerních esterů je reakce rychlejší než u monomernlch (Sung Ki Lee, J. Polymer Sci. Part C., 24,

39, 1968). Z literatury jsou známy i reakce aminoalkoholů s estery nenasycených kyselin.

V reakci aminoalkoholů s akryláty klesá reaktivita v řadě:

NH₂-C₂H₄-OH > CH₃-NH-C₂H₄-OH R-NH₂ >NH(C₂H₄OH)₂ (Ogata N., Asahara T., Bull. Chem. Soc. Japan 39, 1 486, 1966). Katalytický efekt vody byl poprvé pozorován při reakcích aminů s methylmethakrylátem. Při syntéze byly míchány reakčnl směsi vodných roztoků aminů s alkoholickým roztokem methakrylátu, přičemž poměr vody a alkoholu byl volen tak, aby vznikl homogenní systém. Po několika týdnech stáni byly reakční zplodiny ze směsi izolovány vakuovým odpařením rozpouštědel. Tímto způsobem byla získána směs reakčnlch produktů, a to aminoester, iminodiester, iminoeeteramid, iminodiamid, aminoamid (Vystrčil A., Hudeček S., Chem. listy 44, 262, 1950). Všechny uvedené způsoby přípravy aminoesterů vyžadují drastičtější podmínky, a to vysoké teploty, tlak i relativně drahé katalyzátory (např. Pd-soli). (Odsu T., Toyoda N., Makromol. Chem. Rapid Commun. 2, 79,

1981; Nárita T., Yamaguchi T., Bull Chem. Soc. Japan 46, 3 825, 1973; Baeckvall J. E., BjorkraanE. E., J. Org. Chem. 45, 2 893, 1980 a Fumitaka A., Hiroshi M., J. Org. Chem. 45, 2 359, 1980). Použitím protondonorového činidla (mimo vodu) ař už jako katalyzátoru či přímo jako rozpouštědla vzniká homogenní systém, z něhož není možná separace jednotlivých reakčnlch produktů.

V současné době bylo zjištěno, že výše uvedené nedostatky lze odstranit použitím vynálezu, jehož předmětem je způsob přípravy a izolace esterů N-alkyl-beta-alaninu s počtem uhlíkových atomů 2 až 18 v alkylové části. Podstata uvedeného způsobu a izolace spočívá v tom, že se alkylestery kyseliny akrylové s počtem uhlíkových atomů 2 až 18 v alkylovém řetězci uvedou do reakce s alifatickými či cykloalifatickými aminy o počtu uhlíkových atomů až 10 v až l,2molárnlm přebytku jedné z výše uvedených složek za přítomnosti 1 * obj. vody při teplotě 20 až 30 °C po dobu nejvýše 2 hodin, načež se působením minerální kyseliny, zejména chlorovodíkové, získá příslušná sůl aminoesterů, která sei působením nasyceného vodného roztoku alkalického hydroxidu převede na aminoester a ten se pak přídavkem vodorozpustného elektrolytu vysolí, izoluje a vysuší.

Uvedeným způsobem lze velmi rychle s vysokým výtěžkem připravit a snadno izolovat substituční deriváty beta-alaninu. Za přítomnosti katalytického množství vody je reakce značně urychlena, a to již za laboratorní teploty. Bez katalýzy probíhá reakce cca 8 hodin. Oproti použití jiných protondonorových katalyzátorů (alkoholy) odpadá potřeba vakuové destilace rozpouštědla i nezreagovaných komponent a velmi nesnadná separace aminoesterů od aminoamidu.

Při nukleofilní adici dusíkatého nukleofilu na dvojnou vazbu esterů alfa, beta-nenasycených kyselin lze

R.-CH-C-COOR,

I 3 očekávat zejména tyto reakční produkty:

+ R₄-MH₂

R.NH-CH-CH-COOR, * « » ^{3 R}1 *2 (A)

R.N(CH-CB-COOR,,R *1 ^K2

R.NB-CH-CB-CONBR, < i I « (B) <C>

alkyl, aryl, COOR CB.

kde:

R_x.......Η» »2.......H,

R₃ .......alkyl, aryl

R₄ ....... alkyl, dialkyl, cykloalkyl

Při adici aminů na C«C vazbu alfa,beta-nenasycených esterů monokarboxylových kyselin vyjma akrylitů mi ediční sloučenina (A) vždy alespoň jeden asymetrický uhlík, takže uvedeným způsobem vzniki racemicki směs opticky aktivních izomerů. X jednotnému réakčnímu produktu lze dospět pouze v případě akrylitů, tedy kdy Rj « Rj » H.

Působením asdnu na ve vodě milo rozpustný akrylit v molirním poměru 1,1 až 1,2:1 za přídavku 1 % obj. vody jako katalyzitoru při teplotě 20 až 30 °C se dosihne 100* konverze dvojných vazeb přibližně za 2 hodiny. Nadbytek aminu je v tomto případě volen z důvodů snížení konverze reakčního produktu (B), i když na úkor zvýěení konverze aminoamidu (C, (změna molirního poměru ve prospěch výchozího aminu je na úkor zvýiení konverze aminolýzy, zvýěení se rychlosti adice, sníží se věak výtěžek aminoesteru (A)). Přidáním 1,5 až 2nisobného množství vody na objem reakční směsi a protřepiním dochází k oddělení organické fáze, jež je tvořena<aminoesterem a případným minimálním množstvím nezreagovaného akrylitů. Do vodné fáze přechází nezreagovaný amin, aminolýzou vzniklý aminoamid a alkohol. Při nižších nárocích na čistotu aminoesteru (pod 95 t) je možno reakční produkt několikrát promýt vodou a oddělenou organickou fázi vysušit na sušicím prostředku (uhličitan draselný, mol síta aj.l.

Při vyšších požadavcích na čistotu aminoesteru se organická fáze za chlazeni a míchání vpraví po částech do 30* vodného roztoku kyseliny chlorovodíkové. Sraženina hydrochloridu se zfiltruje, na filtru promyje diethyletherem nebo jiným vhodným rozpouštědlem a vysuší. Suchý a zbytků akrylitů zbavený hydrochlorid se rozpustí v minimálním množství vody a rozloží nasyceným vodným roztokem alkalického hydroxidu. Výtěžek aminoesteru se zvýši vysolením přídavkem vodorozpustného elektrolytu. Volný ve vodě rozpustný aminoester se jako organická fáze oddělí a vysuší na sušicím prostředku. Při použití ve vodě rozpustného akrylitů a málo rozpustného aminu je molární poměr opačný. V tomto případě není nutno se obávat adice do druhého stupně za vzniku terciárního dusíku (produkt B), neboť většina ve vodě málo rozpustných aminů brání tomuto průběhu reakce zejména ze sterických důvodů.

předmět vynálezu je dále doložen následujícími příklady provedení.

Příklad 1

Příprava terc.-butylesteru N-hutyl-heta-alaninu

Směs 6,41 g (0,05 mol) terč.-butylakrylitu, 4 g (0,055 mol, n-butylaminu a 0,13 g destilované vody se po 5 minutách míchání za vnějšího chlazení nechá za občasného protřepání stát 2 hodiny při laboratorní teplotě. Směs se pak doplní dvojnásobným objemem vody a po protřepáni se oddělí reakční produkt ve formě organické fáze. Vlhký aminoester se vysuší na uhličitanu draselném.

Výtěžek: 9,47 g (91 %) , n²^ 1,426 8, d²³ 0,888 g/cm³. Podle NMR spektra a GC/MS analýzy se jedná o látku smárního vzorce ^cn^H23^NO2 o čistotě 93 *.

Surový aminoester se po částech za míchání a vnějšího chlazení přidává k 6,3 g 30* vodného roztoku kyseliny ch:.crt>vodlkové. Sraženina hydrochloridu se odfiltruje, na filtru promyje 2krát 5 ml diethyletheru a vysuší. Hydrochlorid se rozpustí v 5 ml destilované vody a vlije do 5 ml nasyceného vodného roztoku hydroxidu draselného. Ke směsi se přidají 2 g chloridu draselného a po protřepáni se odebere vysolená organická fáze. Vlhký aminoester se vysuší na 1 g uhličitanu draselného a dosuší na molekulových sítech.

Výtěžek: 8,5 g (82 *) aminoesteru ³³C NMR spektrum hydrochloridu aminoesteru neindikuje žádné cizí signály. B.t. = 149 až 150 °C.

Příklad 2

Příprava n-butylesteru N-isopropyi-beta-alaninu

Směs 6,41 g (0,05 mol) n-butylakrylátu, 3,25 g (0,055 mol) isopropylaminu a 0,11 g destilované vody se po 5 minutách míchání za vnějšího chlazení nechá za občasného protřepáni stát 2 hodiny při laboratorní teplotě. Směs se pak doplní dvojnásobným objemem vody a po prostřepání se oddělí reakční produkt ve formě organické fáze. Vlhký aminoester se vysuší na uhličitanu draselném.

Výtěžek: 8,50 g (88 *), n²⁵ « 1,420 2, d²⁵ 0,873 0 g/cm³. Podle NMR spektra a GC/MS analýzy se jedná o látku sumárního vzorce ^ciq^N21^NO2 ° ⁹⁵ *·

Surový aminoester se po částech za míchání a vnějšího chlazení přidává k 6,3 g 30* vodného roztoku kyseliny chlorovodíkové. Sraženina hydrochloridu se odfiltruje, na filtru promyje 2krát 5 ml diethyletheru a vysuší. Hydrochlorid se rozpustí v 5 ml destilované vody a vlije do 5 ml nasyceného vodného roztoku hydroxidu draselného. Ke směsi se přidají 2 g chloridu draselného a po protřepáni Se odebere vysolená organická fáze. Vlhký aminoester se vysuší na 1 g uhličitanu draselného a dosuší na molekulových sítech.

Výtěžek: 8,3 g (86 *) aminoesteru.

¹³C NMR spektrum hydrochloridu aminoesteru neindikuje žádné cizí signály. B.t. = 152 až 153 °C.

Příklad 3

Příprava ethylesteru N-terc.-butyl-beta-alaninu

Směs 5 g (0,05 mol) ethylakrylátu, 4,13 g (0,055 mol) terc.-butyl-aminu a 0,11 g destilované vody se po 5 minutách míchání za vnějšího chlazení nechá za občasného protřepáni stát 2 hodiny při laboratorní teplotě. Směs se pak doplní dvojnásobným objemem vody a: po protřepáni se oddělí reakční produkt ve formě organické fáze. Vlhký aminoester se vysuší na uhličitanu draselném.

Výtěžek: 8,7 g (95,3 *), n²⁵ « 1,424 0, d²⁵ = 0,904 4 g/cm³. Podle NMR spektra a GC/MS analýzy se jedná o látku sumárního vzorce CgH^gNOj o čistotě 98 *.

Surový aminoester se po částech za míchání a vnějšího chlazeni přidává k 6,3 g 30* vodného roztoku kyseliny chlorovodíkové. Sraženina hydrochloridu se odfiltruje, na filtru promyje 2krát 5 ml diethyletheru a vysuší. Hydrochlorid se rozpustí v 5 ml destilované vody a vlije do 5 ml nasyceného vodného roztoku hydroxidu draselného. Xe směsi se přidají 2 g chloridu draselného a po protřepání se odebere vysolená organická fáze. Vlhký aminoester se vysuší na 1 g uhličitanu draselného a dosuší na molekulových sítech.

Výtěžek: 8 g (87,6 %) aminoesteru.

NMR spektrum hydrochloridu aminoesteru neindikuje žádné cizí signály. B.t. » 51 až °C.

Příklad 4

Příprava hexadecylesteru N-cyklooktyl-beta-alaninu

Směs 17,18 g (0,05 mol) hexadecylakrylátu, 7 g (0,055 mol) oktylaminu a 0,28 g destilované vody se po 5 minutách míchání za vnějšího chlazení nechá za občasného protřepání stát dvě hodiny při laboratorní teplotě. Směs se pak doplní dvojnásobným objemem vody a po protřepání se oddělí reakční produkt ve formě sraženiny.

Výtěžek: 23,2 g (96 %)

Podle NMR spektra a GC/MS analýzy se jedná o látku sumárního vzorce NMR spektrum aminoesteru neindikuje žádné cizí signály.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   Způsob přípravy esterů N-alkyl-beta-alaninu s počtem uhlíkových atomů 2 až 18 v alkylové části, vyznačený tím, že se alkylestery kyseliny akrylové s počtem uhlíkových atomů 2 až 18 v alkylovém řetězci uvedou do reakce s alifatickými či cykloalifatickými aminy o počtu uhlíkových atomů až 10 v až l,2molárním přebytku jedné z výše uvedených složek za přítomnosti 1 Ϊ obj. vody při teplotě 20 až 30 °C po dobu nejvýše 2 hodin, načež se působením minerální kyseliny, zejména chlorovodíkové, získá příslušná sůl aminoesteru, která se působením nasyceného vodného roztoku alkalického hydroxidu převede na aminoester a ten se pak přídavkem vodorozpustného elektrolytu vysolí, izoluje a vysuší.