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Verfahren zur Herstellung von Acetessigsäureamiden aus Diketen und
aromatischen Aminen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Reaktion von
Diketen mit aromatischen Aminen, und sie betrifft die Herstellung der entsprechenden
Acetessigsäureamide, die brauchbare Zwischenverbindungen sind.
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Wenn Diketen mit aromatischen Aminen umgesetzt wird, so darf man die
Temperatur nicht so hoch ansteigen lassen, daß eine Zersetzung des Diketens eintritt.
So findet beispielsweise bei Temperaturen über 150° eine wesentliche Harzbildung
statt, und es werden stark verfärbte Produkte erhalten. Es ist daher, wenn gute
Ausbeuten an einem hochwertigen Produkt erhalten werden sollen, zweckmäßig, die
Temperatur des Reaktionsgemisches so niedrig wie möglich zu halten, und im allgemeinen
wird bevorzugt, die Reaktion bei Temperaturen unter 100° durchzuführen.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß, wenn die Temperatur des Reaktionsgemisches
erniedrigt wird, auch die Geschwindigkeit der Bildung des Acetessigsäureamids verringert
wird, und wenn daher die Temperatur zu stark erniedrigt wird, wird die Reaktion
nicht mehr brauchbar. Für ursubstituierte, primäre aromatische Amine ist bekannt,
daß die Reaktion schnell bei mäßigen Temperaturen verläuft und hierbei gute Ausbeuten
an hochwertigen Produkten erhalten werden. Wird jedoch versucht, gewisse substituierte
aromatische Amine mit Diketen umzusetzen, um die entsprechenden Acetessigsäureamide
herzustellen, so wurde gefunden, daß bei den vorzugsweise benutzten mäßigen Temperaturen
die Reaktionsgeschwindigkeiten so gering sind, daß das Verfahren zur Herstellung
der Amide nicht mehr brauchbar ist. Wenn ferner die Reaktion nicht zu Ende läuft,
so kann sich auch Material in den Sammelbehältern des Lösungsmittels abscheiden.
Infolgedessen ist es notwendig, die Temperatur des Reaktionsgemisches zu erhöhen,
wodurch jedoch schlechte Ausbeuten an geringwertigem Amid erhalten werden.
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Die Reaktionsfähigkeit aromatischer Amine ist etwa ihren Dissoziationskonstanten
proportional. Die folgende Tabelle veranschaulicht die Dissoziationskonstante für
einige aromatische Amine.
| Tabelle I |
| Amin Dissoziationskonstante |
| Anilin . ... . ...... ... ..... .. . ..... 5,0 x 10-1o . |
| m-Toluidin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5,0
x 10-1o |
| p-Toluidin .... ................ 2,0 x 10-1o |
| o-Toluidin ......................... 3,4 x 10-1o |
| m-Nitroanilin..................... 4,0 x 10-1z |
| p-Nitroanilin . . . . . : . . .. . . . . . . . . . . . 1,24
x 10-1$ |
| ,o-Nitroanilin ..................... 5,6 x 10-1s |
| m-Chloranilin..................... 4,0 x 10-11 |
| p-Chloranihn . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 1,49
x 10-1o |
| o-Chloranilin ..................... 9,0 x 10-13 |
| m-Aniinobenzoesäuremethylester .,.. 4,4 x 10-11 |
| Amin Dissoziationskonstante |
| p-Aminobenzoesäuremethylester .... 2,4 x 10-12 |
| o-Aminobenzoesäuremethylester |
| (Methyl-anthranilat) . . . . . . . . . . . . . 1,5 x 10-12 |
| Benzidin......................... 1,6 x 10-s |
| Diphenylamin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7,6 x
10-14 |
Von den oben angeführten Aminen reagieren nur Anilin, die drei Toluidine, p-Chloranilin
und Benzidin leicht mit Diketen bei mäßigen Temperaturen nach dem bekannten Verfahren,
wobei gute Ausbeuten an hoch-, wertigen Amiden erzeugt werden: Die anderen Amine:
erfordern für die Durchführung der Reaktion höhere Temperaturen, wobei jedoch geringere
Ausbeuten an gefärbten, geringwertigen Produkten erhalten werden-Aus der obigen
Tabelle geht hervor, daß die Dissoziationskönstanten dieser nicht reaktionsfähigen
Amine kleiner als 9 x 10-11 sind, und es wurde gefunden, daß ganz allgemein aromatische
Amine mit Dissoziatiönskonstanten unter diesem Wert bei dem bekannten Verfahren
nicht reaktionsfähig sind, und sie werden daher nachstehend als »normalerweise nicht
reaktionsfähige aromatische Amine« bezeichnet.
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Es wurde nun ein Verfahren geschaffen, nach welchem durch den Umsatz
von Diketen auch mit diesen schwer reaktionsfähigen Aminen bei mäßigen Temperaturen
gute Ausbeuten an hochwertigen Amiden erhalten werden können.
Es
wurde nämlich überraschenderweise gefunden, daß durch die Anwesenheit von kleinen
Mengen eines basischen tertiären Amins oder des Salzes aus einem derartigen tertiären
Amin und einer schwachen Säure im Reaktionsgemisch der Umsatz von. Diketen - rnit
aromatischen Aminen katalytisch so beschleunigt wird, daß höhere Ausbeuten an hochwertigen
Amiden bei niedrigeren Reaktionstemperaturen erzeugt werden können, als sie bei
der nicht katalysierten Reaktion erforderlich sind. Diese Tatsache war überraschend,
denn es war bekannt, daß durch basische tertiäre Amine die Polymerisationsgeschwindigkeit
von Diketen zu Dehydroessigsäure erhöht wird, und es wäre daher zu erwarten gewesen,
daß deren Anwesenheit im Reaktionsgemisch durch Harzbildung .zu- erhöhten Mengen
von Nebenprodukten und infolgedessen zu einer geringeren Ausbeute an Amid führen
würde.
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Aus der Tabelle 1 geht hervor, daß alle hier angeführten primären
Amine einen negativen Substituenten am Benzolring gebunden enthalten, durch den
die Aminogruppe inaktiviert und ihre Dissoziationskonstante erniedrigt wird. Derartige
Substituenten sind ein Halogenatom oder eine - N 02-, - C O O R-, - C O R- oder
Phenylgruppe, in denen R eine Alkylgruppe bedeutet.. Nach dem vorliegenden Verfahren
können daher beispielsweise p-Nitroanilin, m-Chloranilin, m-, p- -und- o-Aminobenzoesäuremethylester
sowie auch o-, m-und p-Aminoacetophenone in Acetessigsäureamide übergeführt werden:
Es geht aus der Tabelle ferner hervor, daß die Wirkung des negativen Substituenten
hinsichtlich der Verringerung der Dissoziationskonstante des Amins am größten ist,
wenn der Substituent mit Bezug- auf die Aminogruppe die o-Stellung einnimmt. Infolgedessen
ist das Verfahrender vorliegenden Erfindung für solche Amine am vorteilhaftesten,
die einen negativen Substituenten in der o--Stellung enthalten.
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Da, auch gewisse sekundäre aromatische Amine niedrige Dissoziationskonstanten
besitzen, so können auch ihre Acetessigsäureamide zweckmäßig nach dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
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Als basischer, tertiärer -Arninkatalysator kann irgendein basisches
Amin benutzt werden, das ein tertiäres Stickstoffatom besitzt, beispielsweise Trimethylamin
(zweckmäßig in alkoholischer Lösung), Triäthylamm, Tripropylamin, Triisopropylamin,
Tributylamin, Triäthanolamin, Picolin und deren Salze mit schwachen Säuren. Vorzugsweise
wird Trimethylamin oder Triäthylamin benutzt, da diese Verbindungen sehr wirksame
Katalysatoren und leicht zu beschaffen -sind. Um die Reaktion von Diketen mit den
»normalerweise nicht reaktionsfähigen« aromatischen Aminen auszulösen, sind nur
sehr- kleine Mengen des basischen tertiären Amins erforderlich, jedoch hängt die
genaue in einem gegebenen Falle zu verwendende Menge von dem Amin und von der Temperatur
ab, bei der die Reaktion durchgeführt wird.
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Die Reaktion kann unmittelbar zwischen dem Diketen und dem Amin durchgeführt
werden, obgleich es im allgemeinen zweckmäßiger ist, ein inertes Verdünnungsmittel
zuzusetzen, das vorzugsweise aus einem Lösungsmittel für die Reaktionsmittel besteht.
Beispiele für derartige Verdünnungsmittel sind Benzol und Toluol. Im allgemeinen
ist es vorzuziehen, das Diketen langsam einer Lösung des aromatischen Amins und
des basischen tertiären Aminkatalysators in einem geeigneten inerten Lösungsmittel
zuzusetzen.
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Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Durchführung des Verfahrens
und die Vorteile, die durch die erfindungsgemäße Mitverwendung eines Katalysators
aus einem basischen tertiären Amin erzielt werden. Die angegebenen Teile sind Gewichtsteile;
alle Beispiele wurden bei Atmosphärendruck durchgeführt. . Beispiel 1 21 Teile Diketen
wurden innerhalb 20 Minuten in 38 Teile Anthranilsäuremethylester (Methylanthranilat),
die 0,15 Teile Triäthylamin enthielten, eingerührt. Das Reaktionsgemisch wurde eine
weitere halbe Stunde auf einer Temperatur zwischen 60 und 70° gehalten, bis die
Reaktion beendet war, wobei eine Ausbeute von 88,5 Gewichtsprozent des Acetessigsäureamids
von Methylanthranilat vom Schmelzpunkt 73° erhalten wurde. Wenn der Versuch wiederholt,
hierbei aber der Triäthylaminkatalysator weggelassen wurde, so mußte die Temperatur
des Reaktionsgemisches auf 110° erhöht werden, um zu erreichen, daß die Reaktion
mit gleicher Geschwindigkeit ablief und eine ähnliche Ausbeute lieferte. Beispiel
2 43 Teile Diketen würden innerhalb 3/4 Stunden einer gerührten und unter Rückfluß
erhitzten Lösung von 76 Teilen Methylanthranilat in 88 Teilen Benzol, die 0,73 Teile
Triäthylamin enthielt, zugesetzt. Nach beendetem Zusatz wurde das Gemisch eine weitere
halbe Stunde unter Rückfluß auf 93° erhitzt, worauf das Lösungsmittel entfernt wurde.
Es wurde eine Ausbeute von 88,5 Gewichtsprozent des Arylids, Smp. 74° erhalten.
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Das nach Beispiel 1 und 2 hergestellte Acetessigsäure* arylid wurde
umkristallisiert, wodurch das reine Arylid vom Smp. 79 bis 80° erhalten wurde. Beispiel
3 -2,9 Teile Diketen wurden einer gerührten Lösung von 5 Teilen m-Nitro-p-toluidin
in 52 Teilen Toluol, die 0,15 Teile Triäthylamin enthielt, bei 40° zugesetzt. Der
Zusatz wurde auf einen Zeitraum von 20 Minuten verteilt, worauf das Reaktionsgemisch
eine weitere Stunde auf 40° gehalten wurde. Das Lösungsmittel wurde dann entfernt,
wodurch eine Ausbeute des Acetessigsäureamids von m-Nitro-p-toluidin von 90 Gewichtsprozent
erhalten wurde.
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Eine weitere Probe des m-Nitro-p-toluidins wurde unter gleichen Bedingungen;
aber bei Abwesenheit des Triäthylaminkatalysators behandelt. Nach derselben Reaktionszeit
wurde das Amin aus dem Reaktionsgemisch unverändert zurückgewonnen. Beispiel 4 20
Teile o-Chloranihn wurden in 52 Teilen Toluol, die zuvor mit Acetoacet-o-chloranilid
gesättigt worden waren, gelöst. Es wurden dann 0,015 Teile einer 30gewichtsprozentigen-
alkoholischen Lösung von Trimethylamin zugesetzt und das Gemisch auf 60° erwärmt,
worauf 13,6 Teile Diketen innerhalb 1/2 Stünde zugesetzt wurden. Die Reaktion verlief
schnell, und, nach 1 Stunde bei 60° und anschließender Abkühlung wurde eine Ausbeute
voii 97,7 Gewichtsprozent an Arylid vom Smp. 105 bis 106° erhalten.
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Bei Abwesenheit des Trimethylamins wurden weitere Mengen von 20 Teilen
o-Chloranilin in 130 Teilen Toluol mit 19,3 Teilen Diketen (94°/oige Reinheit) bei
60 und 75° umgesetzt und die prozentuale Ausbeute des Produktes nach verschiedenen
Zeiten festgestellt. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben.
| Tabelle II |
| Zeit Gewichtsprozent des Produktes |
| Stunden - |
| 600 I 750 |
| 1 60,6 73,3 |
| 2 68,1 78,1 |
| 3 74,8 82,9 . |
| 4 76,0 83,2 |
| 5 78,3. 84,7 |
Beispiel 5 8,7 Teile Diketen (98°/oige Reinheit) wurden innerhalb
'/,Stunde zu einer gerührten Lösung von 13,8 Teilen o-Nitroanilin in 44 Teilen Benzol,
die 0,15 Teile Triäthylamin enthielt, bei 60° gegeben.
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Nachdem das Gemisch eine weitere halbe Stunde auf 60° erhitzt worden
war, wurde die Lösung im Vakuum eingedampft, wodurch 17,5 Teile Acetoacet-o-nitroanilid
vom Smp. 62 bis 64° zurückblieben. Durch Umkristallisation aus Äthylacetat-Petroläther
vom Siedepunkt 60 bis 80° wurde das reine Arylid in Form blaßgelber Nadeln vom Smp.
65° erhalten.
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Wurde wie vorstehend gearbeitet, aber der Katalysator weggelassen,
so wurde ein Gemisch von Produkten erhalten, das in der Hauptsache aus dem unveränderten
Amin bestand. Beispiel 6 Zu einer unter Rückfluß erhitzten, gerührten Lösung von
16,9 Teilen Diphenylamin in 35 Teilen Benzol, die 0,37 Teile Triäthylamin enthielt,
wurden innerhalb 15 Minuten 9 Teile Diketen (97°/oige Reinheit) gegeben.
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Nachdem das Gemisch weitere 15 Minuten bei 88° unter Rückfluß erhitzt
worden war, wurde das Produkt im Vakuum eingedampft, wodurch 26,9 Teile eines festen
Produktes vom Smp. 78 bis 80° erhalten wurden. Durch Umkristallisation aus wäßrigem
Methanol wurde das reine N, N-Diphenyl-acetoacetamid vom Smp. 82 bis 83° erhalten.
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Bei einem weiteren Versuch wurde der Katalysator weggelassen, wodurch
das Diphenylamin fast vollständig unverändert zurückgewonnen wurde. In den obigen
Beispielen kann das Trimethylamin oder Triäthylamin in entsprechenden Mengen auch
durch Tripropylamin, Triisopropylamin, Tributylamin, Triäthanolamin und Picolin
ersetzt werden.
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In einigen Fällen enthielt das benutzte Diketen kleine Mengen freie
Essigsäure, so daß das tertiäre Amin als Salz vorlag, das jedoch stark dissoziiert
ist.