DD259846A1 - Verfahren zur herstellung von n-ethylethylendiamin - Google Patents

Abstract

N-Ethylethylendiamin kann rein und technisch einfach aus 2-Halogenethylamin-hydrohalogeniden und waessriger Ethylaminloesung dadurch hergestellt werden, dass man die 3-4fache Molmenge an Ethylamin einsetzt, die Reaktionsloesung bei 80-100C 3-12 Stunden ruehrt und anschliessend gegebenenfalls im Vakuum weitgehend bzw. zur Trockne einengt und das N-Ethylethylendiamin aus dem Destillationsrueckstand durch Zugabe von Aetzalkali wie z. B. Aetznatron oder Aetzkali bei Temperaturen von etwa 20-120C in Freiheit setzt, wobei ein Teil des nicht umgesetzten Ethylamins gasfoermig ausgetrieben und absorbiert und anschliessend das N-Ethylethylendiamin abdestilliert wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zurHerstellung von N-Ethylethylendiamin der Formel I

C₂H₅ · NH · CH₂ -CH₂-NH₂ I

Die Verbindung ist ein wertvolles Ausgangsprodukt u.a. zur Herstellung von Piperazinderivaten, die für die Synthese von Arzneimitteln Bedeutung haben.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

N-Ethylethylendiamin kann nach S. R. Aspinall, J. Am. Chem. Soc. 63,852 (1941) ausgehend von Ethylendiamin nach Acetylierung, Umsetzung mit Benzensulfochlorid, Alkylierung mit Ethylbromid und nachfolgender Hydrolyse in einer Ausbeute von ca. 20% hergestellt werden. Nach G. H. Coleman u. J. E. Callen, J. Am. Chem. Soc. 68,2006 (1946) kann Ethylenimin mit Alkylaminen in Gegenwart von AICI₃ZU N · N-disubstituierten bzw. N-monosubstituierten Ehtylendiaminen umgesetzt werden.

F. Linsker, R. L. Evans beschreiben im J. Am. Chem. Soc. 67,1581 (1945) die direkte Alkylierung von 95%igem Ethylendiamin mit Alkylhalogeniden in Alkoholen, wie Ethanol bzw. Butanol, wobei die AlkylseitenkettenCg-C-is-Atome enthalten. Whitby et al., Ind.

eng. Chem. 42 445 (1950) erhalten das N-Ethyl-Derivat durch Erwärmen von Ethylendiamin mit Ethylbromid in Ethanol in einer Ausbeute von ca. 10%.

Bei all diesen Darstellungsmethoden sind die Ausbeuten gering, und sie gehen außerdem von wertvollen Rohstoffen wie Ethylendiamin bzw. Ethylenimin aus, die nicht überall zur Verfügung stehen. Der Einsatz von Ethylenimin erfordert zusätzlich wegen seiner hohen Toxizität und Reaktivität spezielle technische Anlagen und Sicherheitsmaßnahmen.

Nach R. C. O' Gee und H. M. Woodburn, J. A. Chem. Soc. 73,1370 (1951) werden N-Alkyl-ethylendiamine durch Umsetzung von 2-Bromethylamin-hydrobromid mit Alkylaminen in wäßriger Lösung hergestellt. Das N-Ethyl-Derivat soll danach in40%iger Ausbeute erhalten werden.

Im einzelnen wird eine wäßrige Lösung des 2-Bromethylaminhydrobromides zu einer 25%igen wäßrigen Lösung des Alkylamins (= 5fache Molmenge) gegeben und die Lösung 12 Stunden unter gelindem Rückfluß erhitzt. Die abgekühlte Reaktionslösung wird danach mit festem Ätznatron versetzt bis sich das stark basische N-Alkylethylendiamin abscheidet. Das Produkt wird abgetrennt und die untere wäßrige Phase mit Ether extrahiert. Die vereinten Produktphasen werden über wasserfreiem Kaliumkarbonat getrocknet und anschließend über eine Kolonne fraktioniert destilliert.

Bei der Nacharbeitung dieses Verfahrens ergeben sich jedoch, wie umfangreiche eigene Versuche zeigten, eine Reihe von Problemen, die die Gewinnung des Zielproduktes bereits im Labormaßstab in Frage stellen:

1. Bei der Isolierung des N-Alkylethylendiamins wird eine unvertretbar große Atzalkalimenge benötigt, um das Diamin abzuscheiden, (pro 1 Mol Ansatz 600g NaOH = 15 Mol)

2. Auch nach der Abscheidung wird noch ein Gemisch des Diamins mit viel Wasser und dem in Überschuß eingesetzten Alkylamin erhalten.

3. Nur durch erneute Ätzalkali-Zugabe wird das eingesetzte Alkylamin (Speziell das Ethylamin gasförmig ausgetrieben) und abermals eine wäßrige Schicht abgetrennt.

4. Die geforderte Extraktion der wäßrigen Phase mit Ether ist bei einer technischen Herstellung nicht durchführbar.

5. Die angeführte Trocknung des Rohproduktes mit wasserfreiem K2CO3 ist wirkungslos und damit nicht anwendbar.

6. Dadurch ist die Ausbeute geringer als 40% und das Endprodukt stark wasserhaltig.

Die Herstellung von I im technischen Maßstab ist nach diesem Verfahren bisher noch nicht befriedigend gelöst.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, aus technisch einfach zugänglichen Rohstoffen und in technisch einfach durchführbarer Weise das N-Ethylethylendiamin rein in guter Ausbeute herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, die o.g. Nachteile des Verfahrens bei der Herstellung von I zu vermeiden und das Verfahren zur technischen Herstellung von I zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß man 2-Halogenethylamin-hydrohalogenide wie z. B. 2-Brornethylaminhydrobromid oder2-Chlorethylamin-hydrpchlorid mit wäßriger Ethylarninlösung in der3-4fachen Moimenge bei 80-100⁰C 6 Stunden reagieren läßt, die Reaktionslösung anschließend gegebenenfalls im Vakuum weitgehend bzw. ganz bis zurTrockne einengt und das N-Ethyl-ethylendiamin aus dem Destillationsrückstand durch Zugabe von Ätzalkali, wie z. B.

Ätznatron oder Ätzkali bei Temperaturen von 20—12O⁰C in Freiheit setzt. Dabei wird zuerst nicht umgesetztes, niedrig siedendes Ethylamin gasförmig ausgetrieben und absorbiert und anschließend das N-Ethylethylendiamin abdestilliert.

Das rohe, bereits sehr reine I (Gehalt über 95% bezogen auf wasserfreies Produkt) das noch 10-15% Wasser enthält, kann nach Trocknung über Ätzalkalien wie Ätznatron oder Ätzkali zur Reindarstellung über eine Kolonne abdestilliert werden. Der Wassergehalt wird nach einmaiigerTrocknung auf durchschnittlich 3-5% gesenkt. Nach der Feindestillation ist das Produkt nach gaschromatographischer Analyse 99%ig (bezogen auf wasserfreies Produkt). Die Ausbeute beträgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren 60—70%.

Das zurückgewonnene überschüssige Ethylamin kann erneut bei der Herstellung eingesetzt werden.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Reaktionslösung nur soweit abdestilliert wird, daß sie noch rührfähig bleibt und die Ätzalkalizugabe portionsweise bei Raumtemperatur erfolgt, wobei sich das N-Ethylethylendiamin als ölige obere Schicht abscheidet. Anschließend kann durch Erhitzen auf 100⁰C das ebenfalls freigesetzte, bei der Reaktion nicht umgesetzte Ethylamin ausgetrieben und absorbiert werden. Danach wird das rohe N-Ethylethylendiamin direkt abdestilliert, getrocknet und fraktioniert oder nach dem Abtrennen vom Salzrückstand und einer Trocknung über Ätzalkali fraktioniert destilliert. Diese besondere Ausführungsform hat den Vorteil, daß immer gut rührfähige Gemische vorliegen.

Beim Einengen der Reaktionslösung bis zur Trockne wird das Ätzalkali portionsweise unter Rühren bei höheren Temperaturen von ca. 80-120⁰C zu dem gelösten Salzrückstand gegeben, wobei freiwerdendes Ethylamin, das nicht verbraucht wurde, entweicht und absorbiert wird. Nach vollständiger Freisetzung des N-Ethylethylendiamins wird es, gegebenenfalls im Vakuum, aus dem Salzrückstand herausdestilliert und anschließend fraktioniert.

Durch das erfindungsgemäße, technisch einfache und ökonomisch günstig durchführbare Herstellungsverfahren, das von den leicht zugänglichen Rohstoffen 2-Halogenethylaminhydrohalogenid und wäßriger Ethylaminlösung ausgeht, kann^in guter Ausbeute und Reinheit und unter Vermeidung unvertretbar großer Ätzalkalimengen und aufwendiger Extraktionen hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den bekannten Darstellungsmethoden folgende Vorteile:

1. Das Diamin kann aus dem eingeengten Reaktionsgemisch in technisch einfach durchführbarer Weise durch Ätzalkali-Zugabe in Freiheit gesetzt werden.

2. Der ökonomisch unvertretbar große Verbrauch von Ätzalkalien konnte um 70% gesenkt werden.

3. Die aufwendigen Extraktionen mit Ether entfallen.

4. Durch den wesentlich geringeren Einsatz an Ätzalkalien fallen weniger Salze an, so daß der Aufwand für deren Beseitigung bedeutend geringer und das Verfahren dadurch wesentlich umweltfreundlicher ist.

5. Das zurückgewonnene Ethylamin kann erneut für die Herstellung eingesetzt werden. Überraschenderweise werden mit 2-Chlorethylamin-hydrochlorid die gleichen Ausbeuten wie mit 2-Bromethylaminhydrobromid erhalten, obwohl aufgrund der geringeren Reaktivität des Chlors gegenüber Brom eine geringere Ausbeute zu erwarten war.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

500ml ca. 66%ige wäßrige Ethylaminlösung (= 6 Mol Ethylamin) und 450 ml Wasser werden vorgelegt und eine Lösung von 174g (1,5 Mol) 2-Chlorethyiamin-hydrochlorid in 300ml Wasser unter Rühren zugetropft. Die Mischung wird anschließend 6 Stunden auf ca. 85-9O⁰C unter Rühren erhitzt. Danach wird das Wasser im Vakuum abdestilliert und der Destillationsrückstand portionsweise mit insgesamt 200g Ätznatron bei ca. 90-100⁰C versetzt. Das entweichende Ethylamin wird in Wasser eingeleitet bzw. kondensiert. Das zurückgewonnene Ethylamin wird erneut für die Reaktion eingesetzt. Nach Beendigung derEthylamin-Austreibung destilliert aus dem Salzrückstand das N-Ethylethylendiamin ab, Kp: 115-130°C.

Dabei erhält man 90-11 Og = 68-83% an Rohprodukt (gc-Gehalt: 95%ig, bezogen auf wasserfreies Produkt), Wassergehalt: 10-

Das Rohprodukt wird mit 50g Ätznatron verrührt, von der gebildeten wäßrigen Schicht abgetrennt und über eine Vigreux-Kolonne destilliert. Kp: 120-130⁰C, gc-Gehalt: 99%ig₎bezogen auf wasserfreies Produkt, Wassergehalt: 3-5%.

Ausbeute: 80-93g = 60-70%.

Beispiel 2

500 ml ca, 66%ige wäßrige Ethylaminlösung (6 Mol) und 450 ml Wasser werden vorgelegt und eine Lösung von 307,5 g (1,5 Mol) 2-Bromethylamin-hydrobromid in 300 ml Wasser unter Rühren zugetropft. Die Mischung wird anschließend 6 Stunden auf ca. 85-9O⁰C unter Rühren erhitzt und wie vorstehend aufgearbeitet. Die Ausbeute beträgt nach fraktionierter Destillation über die Kolonne zwischen 80-93 g = 60-70% der Theorie

gc-Gehalt: 99%ig_<bezogen auf wasserfreies Produkt Wassergehalt: 3-5%.

Beispiel 3

420rnl ca. 66%ige wäßrige Ethylaminlösung (= 5 Mol Ethylamin) und 450 ml Wasser werden vorgelegt und eine Lösung von 174g (1,5 Mol) 2-Chlorethylamin-hydrochlorid in 300 ml Wasser unter Rühren zugetropft. Die Mischung wird 6 Stunden auf ca. 85—9O⁰C erhitzt. Danach wird das Wasser im Vakuum so weit abdestilliert, daß die Mischung gerade hoch rührfähig bleibt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden portionsweise 200 g Ätznatron so zugegeben, daß die Temperatur 45⁰C nicht übersteigt. Das N-Ethylethylendiamin scheidet sich als gelbliches Öl über den anorganischen Salzen ab. Durch allmähliches Erwärmen bis auf 100⁰C wird das freigesetzte Ethylamin ausgetrieben und in Wasser eingeleitet. Dieses zurückgewonnene Ethylamin kann erneut für die Reaktion eingesetzt werden. Das rohe N-Ethylethylendiamin wird anschließend vom Salzrückstand abgetrennt, mit 50g Ätznatron verrührt, von der eventuell gebildeten wäßrigen Schicht abgetrennt und über eine Vigreux-Kolonne destilliert. Kp 120-130°C, gc-Gehalt 99%ig (bezogen auf wasserfreies Produkt). Wassergehalt: 3-6%, Ausbeute: 80-93 g = 60-70%.

Beispiel'} -

500ml ca. 66%ige wäßrige Ethylaminlösung (= S Mol Ethylamin) und 450ml Wasser werden vorgelegt und eine Lösung von 174g (1,5 Mol) 2-Chlorethylamin-hydrochlorid in 250ml Wasser unter Rühren zugetropft. Die Mischung wird 6 Stunden auf 85-90⁰C erhitzt und danach das Wasser im Vakuum so weit abdestilliert, daß sie gerade noch rührfähig bleibt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden portionsweise 150g Ätznatron so zugegeben, daß die Temperatur 40-45⁰C nicht übersteigt. Durch allmähliches Erwärmen bis auf 100⁰C wird das freigesetzte Ethylamin ausgetrieben und in Wasser absorbiert. Danach wird das rohe N-Ethylethylendiamin abdestilliert. Kp: 90-120⁰C. Das noch wasserhaltige Rohprodukt wird mit 100g Ätznatron getrocknet, die wäßrige Schicht abgetrennt und über eine Kolonne destilliert. Kp 120-130⁰C, gc-Gehalt: 99%ig (bezogen auf wasserfreies Produkt). Wassergehalt: 3-5%. Ausbeute: 80-93g = 60-70%.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von N-Ethylethylendiamin aus 2-Halogenethylamin-hydrohalogeniden und wäßriger Ethylamin-Lösung und Freisetzung des N-Ethylethylendiamins durch Zusatz von Ätzalkalien bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die 3-4fache Molmenge an Ethylamin eingesetzt, die Reaktionslösung bei 80-1 Ou⁰C 3-12 Stunden gerührt, anschließend ggf. im Vakuum weitgehend bzw. bis zur Trockne eingeengt und das N-Ethylethylendiamin aus dem Destillationsrückstand durch Zugabe von Ätzalkalien wie Ätznatron oder Ätzkali bei Temperaturen von 20-120⁰C in Freiheit gesetzt und anschließend abdestilliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionslösung nur so weit, abdestilliert wird, daß sie noch rührfähig bleibt und dieÄtzaikali-Zugabe portionsweise bei Raumtemperatur erfolgt, wobei sich das N-Ethylethylendiamin als ölige obere Schicht abscheidet und anschließend durch Erhitzen bis auf 100⁰C das ebenfalls freigesetzte, bei der Reaktion nicht umgesetzte Ethylamin ausgetrieben und absorbiert und danach das rohe N-Ethylethylendiamin direkt abdestilliert, getrocknet und fraktioniert oder nach Abtrennen vom Salzrückstand und Trocknung über Ätzalkali fraktioniert destilliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einengen der Reaktionslösung bis zur Trockne das Ätzalkali portionsweise unter Rühren bei höheren Temperaturen von ca. 80-12O⁰C zu dem gelösten Salzrückstand gegeben und nach vollständiger Freisetzung das N-Ethylethylendiamin gegebenenfalls im Vakuum aus dem Salzrückstand herausdestilliert wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rohe N-Ethylethylendiamin nach Trocknung über Ätzalkalien von Z.B.Ätznatron oder Ätzkali über eine Kolonne fraktioniert destilliert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsprodukt 2-Brornethylamin-hydrobromid oder 2-Ch!orethylamin-hydroehlorid eingesetzt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das nach der Ätzalkalizugabe zunächst entweichende nicht umgesetzte Ethylamin in Wasser absorbiert und wieder in die Reaktion eingesetzt wird. .