DE102004033718A1 - Verfahren zur Herstellung von primären Aminen mit einer an ein aliphatisches oder cycloaliphatisches C-Atom gebunden primären Aminogruppe und einer Cyclopropyl-Einheit - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung von primären Aminen mit einer an ein aliphatisches oder cycloaliphatisches C-Atom gebundenen primären Aminogruppe und einer Cyclopropyl-Einheit (Amin A), indem man Oxime mit einer Cyclopropyl-Einheit oder Oximderivate, bei denen das Wasserstoffatom in der Oximgruppe durch eine Alkyl- oder Acylgruppe ersetzt ist (Oxim O), in einer geteilten Elektrolysezelle in einer im wesentlichen wasserfreien Elektrolytlösung bei einer Temperatur von 50 bis 100 DEG C an der Kathode reduziert.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von primären Aminen mit einer an ein aliphatisches oder cycloaliphatisches C-Atom gebunden primären Aminogruppe und einer Cyclopropyl-Einheit.
• Die Herstellung von primären Aminen durch elektrochemische Reduktion von Oximen ohne weitere funktionelle Gruppen ist aus J. Indian Chem. Soc. 1991, 68, 95-97 bekannt. Dabei wurde eine Quecksilbersee-Kathode verwendet und der Elektrolyt auf ca. 5°C gekühlt. Bei der Herstellung von primären Aminen, die Cyclopropyleinheiten enthalten, ausgehend von entsprechenden Oximen zeigte es sich jedoch, dass bei Anwendung relativ niedrigen Reaktionstemperaturen unter diese Bedingungen neben dem gewünschten Wertprodukt unerwünschte Nebenprodukte entstehen. Der Fachmann würde erwarten, dass die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten bei höheren Reaktionstemperaturen eher noch zunimmt, da es eine allgemein anerkannte Grundregel ist, dass die Selektivität einer Reaktion mit steigender Temperatur abnimmt und so die Bildung von Nebenprodukten begünstigt ist.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich die definitionsgemäßen Amine elektrochemisch in hohen Ausbeuten herstellen lassen.
• Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von primären Aminen mit einer an ein aliphatisches oder cycloaliphatisches C-Atom gebunden primären Aminogruppe und einer Cyclopropyl-Einheit (Amin A) gefunden, bei dem man Oxime mit einer Cyclopropyl-Einheit oder Oximderivate, bei denen das Wasserstoffatom in der Oximgruppe durch eine Alkyl- oder Acylgruppe ersetzt ist (Oxim O) in einer geteilten Elektrolysezelle in einer wasserfreien Elektrolytlösung bei einer Temperatur von 50 bis 100°C an der Kathode reduziert.
• Besonders eignet sich das Verfahren zur Herstellung von Aminen A, bei denen es sich um Verbindungen der allgemeinen Formel H₂N-CHR₁R₂ (Formel I) handelt, wobei R¹ Wasserstoff, C₃- bis C₈-Cycloalkyl, C₆- bis C₂₀-Alkyl, C6- bis C₂₀-Aryl oder zusammen mit R² und der zwischen R¹ und R² liegenden Methin-Gruppe eine C₅- bis C₆-Cycloalkylgruppe bedeutet, wobei die vorgenannten Kohlenwasserstoffreste mit C₁-bis C₆-Alkoxy, oder Halogen substituiert sein können, und R² C₃- bis C₈-Cycloalkyl, C₆- bis C₂₀-Alkyl, C₆- bis C₂₀-Aryl oder zusammen mir R² und der zwischen R¹ und R² liegenden Methin-Gruppe eine C₅- bis C₆-Cycloalkylgruppe bedeutet, wobei die vorgenannten Kohlenwasserstoffreste mit C₁-bis C₆-Alkoxy, NH₂-, C₁- bis C₂₀-Alkylamino oder Halogen substituiert sein können, bedeutet, mit der Maßgabe, dass mindestes einer der Reste R¹ oder R² Cyclopropyl bedeutet oder durch Cyclopropyl substituiert ist.
• Als Ausgangsprodukte zur Herstellung der Amine A der allgemeinen Formel I setzt man als Oxime O Verbindungen der allgemeinen Formel R₅O-N=CR₃C₄ (Formel II) ein, wobei R³ die gleiche Bedeutung wie R¹ in Formel I hat, R⁴ die gleiche Bedeutung wie R² in Formel I hat und die Reste R³ und R⁴ gegebenenfalls durch 1-Hydroxyimino(C₁- bis C₂₀)-alkylreste, 1-(C₁- bis C₆-Alkoxi)-imino(C₁- bis C₂₀)-alkylreste oder 1-(C₁- bis C₆-Acyloxi)-imino(C₁- bis C₂₀)-alkylreste substituiert sind und R⁵ Wasserstoff, C₁- bis C₆-Alkyl oder C₁- bis C₆-Acyl bedeutet.
• Ganz besonders eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellungen von Aminen A der allgemeinen Formel Ia

  

  bei der der Phenylring gegebenenfalls durch Halogenatome oder C₁- bis C₄-Alkoxigruppen substituiert ist.
• Als Ausgangsverbindung für die Amine A der Formel Ia dienen die entsprechenden Oxime O der allgemeinen (Formel IIa),

  

  wobei der Phenylring gegebenenfalls durch Halogenatome oder C₁- bis C₄-Alkoxigruppen substituiert ist
  Gegebenenfalls enthält der Katholyt neben einem im Laufe der Reaktion gebildeten Amin A und einem Oxim O ein Lösungsmittel. Dabei handelt es sich um die in der organischen Chemie allgemein üblichen inerten Lösungsmittel wie Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, Tetrahydrofuran, Dimethoxyethan, Acetonitril oder Dimethylformamid. Bevorzugt wird als Lösungsmittel ein C₁-bis C₄-Alkylalkohol eingesetzt. In Kombination mit den genannten Lösungsmittel eignen sich auch C₅- bis C₇-Kohlenwasserstoffe wie z.B. Hexan als Lösungsmittel.
• Zur Herstellung der Leitfähigkeit enthält der Katholyt im Allgemeinen eine Mineralsäure, bevorzugt Schwefelsäure oder ein Alkali(C₁-bis C₄)-alkylalkoholat, bevorzugt Natrium-Methanolat.
• Im Allgemeinen setzt man dem Anolyt und ggf. auch dem Katholyt (zusätzlich zu einem der oben genannten die Leitfähigkeit herstellenden Mittel) ein Leitsalz zu. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um Alkali, Tetra(C₁- bis C₆-alkyl)ammonium-, bevorzugt Tri(C₁- bis C₆-alkyl)-methylammoniumsalze. Als Gegenion kommen Sulfat, Hydrogensulfat, Alkylsulfate, Arylsulfate, Halogenide, Phosphate, Carbonate, Alkylphosphate, Alkylcarbonate, Nitrat, Alkoholate, Tetrafluoroborat, Hexafluorophosphat oder Perchlorat in Betracht.
• Bevorzugt sind Methyltributylammoniummethylsulfate (MTBS), Methyltriethylammoniummethylsulfat oder Methyl-tri-propylmethylammoniummethylsulfate.
• Der Wassergehalt im Katholyten und Anolyten beträgt im Allgemeinen weniger als 2, bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-%. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei der Reduktion des Oxims O zum Amin A Wasser in stöchiometrischen Mengen gebildet wird. Wenn bei diskontinuierlicher Durchführung des Verfahrens mit ausreichend großer Verdünnung des Ausgangsprodukts gearbeitet wird und der Katholyt und Anolyt zu Beginn der Reaktion einen Wassergehalt von weniger als 0,1 Gew.-% aufweist, erübrigt es sich im Allgemeinen, das während der Reaktion gebildete Wasser aus dem Elektrolyt zu entfernen. Ansonsten kann der Wassergehalt des Elektrolyten nach üblichen Methoden, z.B. durch Destillation, abgesenkt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen üblichen geteilten Elektrolysezellentypen durchgeführt werden, um im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausschließen zu können, dass Edukte wie Produkte durch den Kathodenprozess chemische Nebenreaktionen unterlaufen. Vorzugsweise arbeitet man kontinuierlich in geteilten Durchflusszellen.
• Geteilte Zellen mit planparalleler Elektrodenanordnung kommen bevorzugt zum Einsatz. Als Trennmedien können Ionenaustauschermembranen, mikroporöse Membranen, Diaphragmen, Filtergewebe aus nichtelektronenleitenden Materialien, Glasfritten, sowie poröse Keramiken eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Ionenaustauschermembranen, insbesondere Kationaustauschermembranen verwendet. Diese leitfähigen Membranen sind handelsüblich z.B. unter dem Handelsnamen Nafion^® (Fa. E.T. DuPont de Nemours and Company) und Gore Select^® (Fa. W. L. Gore & Associates, Inc.) erhältlich.
• Als Kathoden verwendet man bevorzugt solche, bei denen die Kathodenoberfläche gebildet ist aus einem Material mit hoher Wasserstoffüberspannung, z.B. aus Blei, Zink, Zinn, Nickel, Quecksilber, Cadmium, Kupfer oder Legierungen dieser Metalle oder Glassy Cabon, Grafit oder Diamant.
• Besonders bevorzugt sind Diamantelektroden, wie z.B. in der EP-A-1036863 beschrieben sind.
• Als Anoden kommen grundsätzlich alle üblichen Materialien in Betracht, bevorzugt die, die auch als Kathodenmaterialien genannt. Im sauren Anolyten werden bevorzugt Platin-, Diamant-, Glassy Carbon- oder Grafitanoden oder die dem Fachmann bekannte dimensionsstabile Anoden (DSA) eingesetzt. Ist der Anolyt basisch, wird bevorzugt Edelstahl verwendet.
• Die Anodenreaktion kann frei gewählt werden, bevorzugt wird dort der als Lösungsmittel verwendete C₁- bis C₄-Alkohol oxidiert. Bei der Verwendung von Methanol wird Methylformiat, Formaldehyd-Dimethylacetal bzw. Dimethylcarbonat gebildet. Hierzu dient z.B. eine mit einem C₁- bis C₄-Alkohol verdünnte Schwefelsäurelösung.
• Die Stromdichten, bei denen man das Verfahren durchführt, betragen im allgemeinen 1 bis 1000, bevorzugt 10 bis 100 mA/cm². Im allgemeinen wird bei Normaldruck gearbeitet. Höhere Drücke werden bevorzugt dann angewandt, wenn bei höheren Temperaturen gearbeitet werden soll, um eine Sieden der Ausgangsverbindungen bzw. Lösungsmittel zu vermeiden.
• Nach Beendigung der Reaktion wird die Elektrolytlösung nach allgemeinen Trennmethoden aufgearbeitet. Hierzu wird der Katholyt im allgemeinen zunächst destilliert und die einzelnen Verbindungen in Form von unterschiedlichen Fraktionen getrennt gewonnen. Eine weitere Reinigung kann beispielsweise durch Kristallisation, Destillation oder chromatographisch erfolgen.
• Experimenteller Teil
• Beispiel 1

  Apparatur:	Elektrolyseanlage mit Katholyt- und Anolytkreislauf und zwei hintereinandergeschalteten geteilten Elektrolysezellen
  Anode:	2 Grafitanoden, effektive Fläche je 300 cm2
  Kathode:	2 Bleikathoden, effektive Fläche je 300 cm2
  Membran:	protonenleitenede perfluorierte Membran mit Sulfonsäuregruppen, z.B. Nafion 324 der Firma DuPont

  Abstand Elektrode ↔ Membran:	6 mm
  Stromdichte:	3,4 A/dm2
  Spannung:	20 – 40 V
  Temperatur:	55°C
  Zusammensetzung Anolyt:	979,2 g MeOH, 20,8 g H2SO4, 96%ig
  Zusammensetzung Katholyt:	5000 g MeOH, 400 g Natriummethanolat-Lsg., 30%
  	in MeOH, 600 g Cyclopropylphenylmethanonoxim 1
  Durchflussgeschwindigkeit:	150 – 200 L/h

• Bei der Elektrolyse unter den angegebenen Bedingungen wurden Anolyt und Katholyt 24 h (entspricht einer Ladungsmenge von 5 F/mol 1) durch die jeweiligen Halbzellen gepumpt. Die gaschromatographische Untersuchung des Reaktionsaustrages ergab 95,1 Fl-% des gewünschten Wertproduktes 2, 0,10% der ringgeöffneten Verbindung 3, 0,82% Edukt 1 sowie 3,18% Hochsieder.

  

  Beispiel 2

  Apparatur:	Elektrolysezelle mit Katholyt- und Anolytkreislauf
  Anode:	Grafit, effektive Fläche 35 cm2
  Kathode:	Blei, effektive Fläche 35 cm2
  Membran:	protonenleitende perfluorierte Membran mit Sulfon
  	säuregruppen, z.B. Nafion 117 der Firma DuPont
  Stromdichte:	3,4 A/dm2
  Spannung:	15 – 20 V
  Temperatur:	40°C
  Zusammensetzung Anolyt:	117,5 g MeOH, 2,5 g H2SO4, 96%ig
  Zusammensetzung Katholyt:	94,0 g MeOH, 1,0 g H2SO4, 96%ig, 5 g Cyclopropylphenylmethanonoxim 1

• Bei der Elektrolyse unter den angegebenen Bedingungen wurden Anolyt und Katholyt 4,11 h (entspricht einer Ladungsmenge von 6 F/mol 1) durch die jeweiligen Halbzellen gepumpt. Die gaschromatographische Untersuchung des Reaktionsaustrages ergab 83,3 FL-% des gewünschten Wertproduktes 2, 1,3% der ringgeöffneten Verbindung 3 sowie 15,6% Hoch- und Mittelsieder. Beispiel 3 (zum Vergleich)

  Apparatur:	Elektrolysezelle mit Katholyt- und Anolytkreislauf
  Anode:	Grafit, effektive Fläche 300 cm2
  Kathode:	Blei, effektive Fläche 300 cm2
  Membran:	protonenleitenede perfluorierte Membran mit Sulfonsäuregruppen, z.B. Nafion 324 der Firma DuPont
  Stromdichte:	3,4 A/dm2
  Spannung:	14 – 33 V
  Temperatur:	40°C
  Zusammensetzung Anolyt:	783 g MeOH, 17 g H2SO4, 96%ig
  Zusammensetzung Katholyt:	2600 g MeOH, 100 g NaOMe, 30%ig in MeOH, 300 g Cyclopropylphenylmethanonoxim 1

• Bei der Elektrolyse unter den angegebenen Bedingungen wurden Anolyt und Katholyt 27,6 h (entspricht einer Ladungsmenge von 6,5 F/mol 1) durch die jeweiligen Halbzellen gepumpt. Die gaschromatographische Untersuchung des Reaktionsaustrages ergab 77,3 FL-% des gewünschten Wertproduktes 2, 2.0% nicht umgesetztes Oxim 1 sowie 20,7% Hoch- und Mittelsieder.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von primären Aminen mit einer an ein aliphatisches oder cycloaliphatisches C-Atom gebunden primären Aminogruppe und einer Cyclopropyl-Einheit (Amin A), indem man Oxime mit einer Cyclopropyl-Einheit oder Oximderivate, bei denen das Wasserstoffatom in der Oximgruppe durch eine Alkyl- oder Acylgruppe ersetzt ist (Oxim O) in einer geteilten Elektrolysezelle in einer im wesentlichen wasserfreien Elektrolytlösung bei einer Temperatur von 50 bis 100°C an der Kathode reduziert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Aminen A um Verbindungen der allgemeinen Formel H₂N-CHR₁R₂ (Formel I) handelt, wobei R¹ Wasserstoff, C₃- bis C₈-Cycloalkyl, C₁- bis C₂₀-Alkyl, C₆- bis C₂₀-Aryl oder zusammen mit R² und der zwischen R¹ und R² liegenden Methin-Gruppe eine C₅- bis C₆-Cycloalkylgruppe bedeutet, wobei die vorgenannten Kohlenwasserstoffreste mit C₁-bis C₆-Alkoxy, oder Halogen substituiert sein können, und R² C₃- bis C₈-Cycloalkyl, C1-bis C20-Alkyl, C6 bis C20-Aryl oder zusammen mir R² und der zwischen R¹ und R² liegenden Methin-Gruppe eine C₅- bis C₆-Cycloalkylgruppe bedeutet, wobei die vorgenannten Kohlenwasserstoffreste mit C₁-bis C₆-Alkoxy, NH₂-, C₁- bis C₂₀-Alkylamino oder Halogen substituiert sein können, bedeutet, mit der Maßgabe, dass mindestes einer der Reste R¹ oder R² Cyclopropyl bedeutet oder durch Cyclopropyl substituiert ist, und es sich bei den Oximen O um Verbindungen der allgemeinen Formel R⁵O-N=CR₃R₄ (Formel II) handelt, wobei R³ die gleiche Bedeutung wie R¹ in Formel I hat, R⁴ die gleiche Bedeutung wie R² in Formel I hat und die Reste R³ und R⁴ gegebenenfalls durch 1-Hydroxyimino(C₁- bis C₂₀)-alkylreste, 1-(C₁- bis C₆-Alkoxi)-imino(C₁- bis C₂₀)-alkylreste oder 1-(C₁- bis C₆-Acyloxi)-imino(C₁- bis C₂₀)-alkylreste substituiert sind und R⁵ Wasserstoff, C₁- bis C₆-Alkyl oder C₁- bis C₆- Acyl bedeutet
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei den Aminen A um Verbindungen der allgemeinen Formel Ia handelt,

   

   bei der der Phenylring gegebenenfalls durch Halogenatome oder C₁- bis C₄-Alkoxigruppen substituiert ist und es sich bei den Oximen O um Verbindungen der allgemeinen (Formel IIa) handelt,

   

   bei der der Phenylring gegebenenfalls durch Halogenatome oder C₁- bis C₄-Alkoxigruppen substituiert ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Katholyt neben einem Amin A und einem Oxim O als Lösungsmittel einen C₁-bis C₄-Alkylalkohol enthält.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Katholyt eine Mineralsäure oder ein Alkali(C₁-bis C₄)-alkylalkoholat enthält.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kathodenoberfläche gebildet ist aus einem Material mit hoher Wasserstoffüberspannung.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kathodenoberfläche aus Blei, Zink, Zinn, Nickel, Quecksilber, Cadmium, Kupfer oder Legierungen dieser Metalle oder Glassy Carbon, Grafit oder Diamant gebildet ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Wassergehalt im Katholyt weniger als 2 Gew.-% beträgt.