DE1149004B - Verfahren zur Herstellung von in 1-Stellung substituierten 4-Amino-1, 2, 5, 6-tetrahydrophosphorin-(arsenin)-3-carbonitrilen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von in 1-Stellung substituierten 4-Amino-1, 2, 5, 6-tetrahydrophosphorin-(arsenin)-3-carbonitrilenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
A 37070 IVb/12 ο
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 22. MAI 1963
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Cyclisierung von Bis-(2-cyanoäthyl)-alkyl- und Bis-(2-cyanoäthyl)-aryl-phosphinen
oder -arsinen in Gegenwart basischer Katalysatoren, wobei die entsprechenden 4-Amino-l-alkyl- und 4-Amino-l-aryl-1,2,5,6
- tetrahydrophosphorin - 3 - carbonitrile und 1,2,5,6 - Tetrahydroarsenin -3 - carbonitrile erhalten
werden.
Aus »Liebigs Annalen der Chemie«, Bd. 504, S. 94 bis 130 (1933), ist es bekannt, Nitrile nach dem
sogenannten Ziegler-Verfahren in Gegenwart von Diäthylaminlithium als Katalysator und anschließende
Verseifung zu cyclischen Ketonen oder Cyanketonen umzusetzen. Aus J. Am. Chem. Soc, Bd. 80,
S. 5483 bis 5487 (1958), ist unter Verwendung von Natrium-tert.-butylat als Katalysator die Herstellung
von Ringketonen mit fünf Ringgliedern beschrieben. Diese Literaturstellen befassen sich jedoch mit der
Cyclisierung von Stickstoff- oder Kohlenstoffverbindungen, welche sich auf Grund ihres chemischen
Verhaltens grundlegend von dreiwertigen Phosphor- und Arsenverbindungen unterscheiden, die bekanntlich
äußerst leicht oxydierbar sind. So ist aus J. Chem. Soc, 1961, S. 1909, und J. Chem. Soc., 1949, S. 71,
zu entnehmen, daß nach den beim sogenannten Ziegler-Verfahren vorliegenden Bedingungen eine
Arsinverbindung, nämlich das Phenyl-bis-2-cyanoäthylarsin, nicht cyclisiert werden kann. Insofern
muß es als völlig überraschend bezeichnet werden, daß das vorliegende Verfahren so glatt und in guten
Ausbeuten abläuft.
In den folgenden allgemeinen Gleichungen ist das erfindungsgemäße Verfahren allgemein aufgeführt:
NH2
basischer
(CN - CH2CH2), - Z
R
R
CN
worin Z und R die nachstehend angegebene Bedeutung haben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von in 1-Stellung substituierten4-Amino-l,2,5,6-tetrahydrophosphorin-(oder
-arsenin)-3-carbonitrilen der allgemeinen Formel
CN
Verfahren zur Herstellung von in 1-Stellung substituierten
(arsenin)-3-carbonitrilen
Z
R
R
Anmelder:
American Cyanamid Company, New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr. F. Zumstein,
Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann
und Dipl.-Chem. Dr. R. Koenigsberger,
Patentanwälte, München 2. Bräuhausstr. 4
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. April und 27. Juni 1960 (Nr. 20 257 und Nr. 38 697)
Richard Parke Welcher, Old Greenwich, Conn.,
Gerald Alvin Johnson, Stamford, Conn., as und Vernon Paul Wystrach, Noroton Heights, Conn.
(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
in der Z Phosphor oder Arsen und R eine gegebenenfalls durch Hydroxy-, niedere Alkoxygruppen,
Amino-, Pyridyl-, Furyl-, Thienyl- oder Phenylgruppen substituierte Alkylgmppe mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen
oder eine gegebenenfalls durch niedere Alkylgruppen oder Halogenatome substituierte Arylgruppe
bedeutet, besteht darin, daß man ein Bis-(2-cyanäthyl)-substituiertes Phosphin (oder Arsin)
der allgemeinen Formel
(NC — CHtCEWa — Z.
in der Z und R die vorstehend angegebene Bedeutung besitzen, mit mindestens etwa der äquimolaren
Menge eines basischen Katalysators in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels auf eine
Temperatur von 15 bis 140°C erhitzt.
Bevorzugt liegt die Temperatur im Bereich von 80 bis 1200C, und es wird bevorzugt, als basischen
Katalysator ein Alkalimetallalkoholat zu verwenden.
309 597/347
Mach vorliegender Erfindung werden in gänzlich überraschender Weise neue cyclische 4-Amino-1-alkyl-
und 4-Amino-l-aryl-l,2^64etrahydrophosphorin-3-carbonitrile
und 1,2,5,6-Tetrahydroarsenin-3-carbonitrile in hoher Reinheit und guten Ausbeuten
in glatter Reaktion erhalten.
Typische Katalysatoren zum Zweck der vorliegenden Erfindung sind Alkalimetallalkoholate,
wie Natrium-tert.-butylat, Natriumisopropylat, Natriumäthylat, Kalium-tert-butylat oder Kaliumisopropylat.
Von diesen wird Natrium-tert.-butylat bevorzugt. Andere hier in Betracht kommende
Katalysatoren sind feinverteilte Alkalimetalle, wie Natrium- oder Kaliummetall, Natriumamid und
Metallderivate von sec.-Alkylarylaminen.
Typische Bis-(2-cyanoäthyl)-alkylphosphin-, Bis- - cyanoäthyl) - alkylarsin-, Bis - (2 - cyanoäthyl) - arylphosphin
und Bis-(2-cyanoäthyl)-arylarsin-Reaktionsteilnehmer sind:
Bis-(2-cyanoäthyl)-äthylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-octyl-phosphin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-3-eicosylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-1 -(3 '-aminopropyl)-phosphin;
Bis-(2-cyanoäthyi)-3-hydroxypropylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-2-methoxyäthylphosphin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-2-(2'-thienyl)-äthylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-2-(2'-pyridyl)-äthylphosphin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-phenylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-tolylphosphin; Bis-(2~cyanoäthyl)-l-(trimethylphenyl)-phosphin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-1 -chlorphenylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-methylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-äthylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-propylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-amylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-octylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyi)-dodecylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-hexadecylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-eicosylarsin; Bis-(2-cyanoäthyi)-3-aminopropylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-3-hydroxypropylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-2-methoxyäthylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-2-(2'-thienyl)-äthylarsin; Bis-(2-cyanoäthyi)-2-(2'-pyridyi)-äthylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-phenylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-tolylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-benzylarsin; Bis-(2-cyahoäthyl)-2'-methylphenylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-4'-methylphenylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-4'-aminophenylarsin;
Bis-(2-cyanoäthyl)-4'-hydroxyphenylarsin.
Die Arsin-Reaktionsteilnehmer können nach dem im Journal of Chemical Society (1949), 67, S. 69,
und Journal of Chemical Society (1947), S. 621, beschriebenen Verfahren durch Umsetzen des entsprechenden
Alkylarsins oder Arylarsins mit Vinylcyanid hergestellt werden.
Die Cyclisierung des Bis-(2-cyanoäthyl)-alkyl- oder Bis-(2-cyanoäthyl)-arylphösphins oder -arsins wird
in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels durchgeführt, in welchem die Dinitrilausgangsverbindung
und das Kondensationsmittel löslich sind. Vorzugs- 6 weise wird der dem Metallalkoholat-Katalysator entsprechende
Alkohol verwendet. Als inerte Lösungsmittel können aromatische Kohlenwasserstoffe, wie
Benzol und Toluol, Äther des Äthylenglykols, Äther des Diäthylenglykols oder Dioxan verwendet werden.
Obwohl die Cyclisierungsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht bei Normaltemperatur
(20 bis 25° C) durchgeführt wird, können Temperaturen von 15 bis 1400C, vorzugsweise von 80
bis 120° C, angewendet werden. Gewöhnlich wird bei Temperaturen um den Siedepunkt des Lösungsmittels
gearbeitet.
ίο Obwohl Atmosphärendruck für die Cyclisierungsstufe
bevorzugt wird, kann auch Unter- oder Überdruck angewendet werden.
Das molare Verhältnis Dinitril-Reaktionsteilnehmer zu Katalysator beträgt etwa 1:1, jedoch kann
eine über der molaren Menge liegende Menge jedes Bestandteils im Hinblick auf den anderen angewendet
werden, ohne daß ein nachteiliger Effekt beobachtet werden konnte. Ein übermäßiger Überschuß
ist jedoch lästig und unpraktisch.
ao Es wurde gefunden, daß die Dinitrilverbindung am besten zu dem basischen Katalysator zugegeben
wird, jedoch so, daß eine relativ geringe Konzentration des Dinitrils zu jeder Zeit während der
Reaktion vorliegt, d. h., daß ein Überschuß an Katalysator praktisch während der gesamten Reaktion
wünschenswert ist. Geringe Konzentrationen an Dinitril begünstigen die intramolekulare Reaktion
und drängen die intermolekulare Reaktion unter Bildung von unerwünschten polymeren Pro-
dukten zurück. Weiterhin vermindert ein Überschuß an basischem Katalysator Nebenreaktionen zwischen
dem cyclischen Reaktionsprodukt und dem uncyclisierten Dinitril.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
4-Amino-1,2,5,6-tetrahydro-1 -äthylphosphorin-3-carbonitril
Eine Lösung von 42 g (0,25 Mol) Bis-(2-cyanoäthyl)-äthylphosphin in 10 ml trockenem Toluol
wird tropfenweise unter Rühren zu einer Suspension von Natrium-tert.-butylat, hergestellt aus 6,0 g
(0,29 Mol) Natriummetall und überschüssigem trockenem tert.-Butylalkohol in 150 ml trockenem
Toluol, zugegeben. Die Mischung wird während der Zugabe innerhalb von 2,5 Stunden und danach
eine weitere Stunde unter Rückfluß gehalten. Es wird unter Stickstoffatmosphäre gearbeitet, die
abgekühlte Mischung wird mit 50 ml Wasser gemischt und mit Chloroform extrahiert. Aus dem
trockenen Chloroformextrakt werden 35 g eines kristallinen festen Stoffes erhalten, welcher bei 68
bis 710C schmilzt. Nach Umkristallisation aus
wäßrigem Alkohol mit nachfolgender chromatographischer Reinigung ergeben sich weiße Kristalle.
F. 74,5 bis 750C.
Analyse (PN2C8Hi3).
Berechnet ... C 57,13, H 7,79, P 18,42, N 16,66,
Berechnet ... C 57,13, H 7,79, P 18,42, N 16,66,
Molekulargewicht 168; gefunden .... C 57,14, H 7,80, P 18,49, N 16,60,
Molekulargewicht 163.
Durch Infrarot- und Ultraviolettspektralanalyse ergibt sich die Identität des Produktes als 4-Amino-
!^,Sjo-tetrahydro-l-äthylphosphorin-S-carbonitril.
^Amino-l^^o-tetrahydro-l-octylphosphorin-3-carbonitril
15,1g (0,060MoI) Bis-(2-cyanoäthyl)-octylphosphin,
gelöst in 50 ml Isopropylalkohol, werden tropfenweise unter Rückfluß zu einer Lösung aus
1,6 g (0,07 Mol) Natrium in 50 ml Isopropylalkohol im Verlauf von 1,9 Stunden zugesetzt. Nach weiterem
0,7stündigem Erhitzen zum Rückfluß wird die Mischung, wie bereits beschrieben, aufgearbeitet
und ergibt 12,5 g eines sirupösen, kristallinen festen Stoffes (Ausbeute = 83 Gewichtsprozent).
4-Amino-1,2,5,6-tetrahydro-1 -phenylphosphorin-3-carbonitril
Zu einem Brei aus Natrium-tert.-butylat, hergestellt
aus 2,9 g (0,126 Mol) Natriummetall und tert.-Butylalkohol, in 160 ml Toluol, wird tropfenweise
im Verlauf von 2 Stunden eine Lösung aus 15,5 g (0,072 Mol) Bis-(2-cyanoäthyl)-phenylphosphin in
20 ml Toluol zugegeben. Während der Zugabe bildet sich ein Niederschlag. Nach einer weiteren lstündigen
Erhitzung am Rückfluß wird Wasser zu dem Brei zugegeben und der Niederschlag dann abfiltriert
und getrocknet, wobei sich 12,4 g 4-Amino-1,2,5, 6-tetrahydro-1 -phenylphosphorin-3-carbonitril ergeben.
F. 135 bis 138°C.
aufgeführten in Betracht kommen, wie z. B. einfache Alkali- und Erdalkalihydride und deren
Komplexe mit Hydriden der Gruppe III A des Periodensystems, wie Natriumhydrid, Calziumhydrid,
Lithiumaluminiumhydrid und Kaliumborhydrid.
Die Bis-(2-cyanoäthyl)-alkyl- und Bis-(2-cyanoäthyl)-arylarsinderivate,
d. h. die 4-Amino- 1-alkyl- und 4-Ammo-l-aryl-l,2,5,6-tetrahydroarsenin-3-carbonitrile
nach vorliegender Erfindung, verhindern das Wachstum von typischen Fungi und Bakterien.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von in 1-Stellung substituierten 4-Amino -1,2,5,6-tetrahydrophosphorin-(arsenin)-3-carbonitrilen
der allgemeinen Formel
4-Amino-l,2,5,6-tetrahydro-l-phenylarsenin-3-carbonitril
35
Zu einem im Rückfluß gehaltenen Brei aus Natrium-tert.-butylat in tert.-Butylalkohol, hergestellt
aus 2,3 g (0,10 Mol) Natriummetall und 110 ml trockenem tert.-Butylalkohol, werden tropfenweise
17,3 g (0,0664 Mol) Bis-(2-cyanoäthyl)-phenylarsin im Verlauf von 1,3 Stunden zugegeben. Das
Erhitzen am Rückfluß wird 2 Stunden fortgesetzt. Der Brei wird dann auf 2O0C abgekühlt und mit
20 ml Wasser hydrolysiert. Die Mischung wird getrocknet und vom Lösungsmittel befreit und
ergibt 13,8 g (80%ige Ausbeute) eines orangefarbigen Sirups, dessen Infrarotspektrum zeigt, daß
er aus 4-Amino-l,2,5,6-tetrahydro-l-phenylarsenin-3-carbonitril
besteht, ohne daß irgendwelches Ausgangsmaterial hinterblieben ist. Eine geringe Menge
wird analysiert, nach weiterer Reinigung durch Chromatographie auf Aluminiumoxyd mit nachfolgender
Umkristallisierung. F. = 65 bis 67° C.
Analyse (C12H13N2AS).
Berechnet .. C 55,40, H 5,04, N 10,77, As 28,20,
Molekulargewicht 260; gefunden ... C 55,40, H 5,04, N 10,58, As 28,70,
Molekulargewicht 277.
Infrarotbanden bei 3480, 3380, 2180, 1643 und 1605 cm"1.
Es werden die gleichen Reaktionen erzielt bei Verwendung dieser Hydridkatalysatoren und der
entsprechenden Arsinreaktionsteilnehmer.
Wie sich aus den letzten vier Beispielen ergibt, können andere basische Katalysatoren als die oben
NH2
CN
in der Z Phosphor oder Arsen und R eine gegebenenfalls durch Hydroxy-, niedere Alkoxygruppen,
Amino-, Pyridyl-, Furyl-, Thienyl- oder Phenylgruppen substituierte Alkylgruppe
mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen oder eine gegebenenfalls durch niedere Alkylgruppen oder
Halogenatome substituierte Arylgruppe bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man ein bis-(2-cyanoäthyl)-substituiertes
Phosphin (oder Arsin) der allgemeinen Formel
(NC —CH2CH2)2 —Z
in der Z und R die vorstehend angegebene Bedeutung besitzen, mit mindestens etwa der
äquimolaren Menge eines basischen Katalysators in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels auf
eine Temperatur von 15 bis 1400C erhitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur von 80 bis
1200C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart
eines Alkalimetallalkoholate durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphin oder Arsin
mit dem basischen Katalysator mit einer Geschwindigkeit in Berührung gebracht wird, die
ausreichend ist, um eine relativ geringe Konzentration des Nitrils während der gesamten Reaktion
zu ergeben.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Liebigs Annalen der Chemie, 504, 1933, S. 94
Liebigs Annalen der Chemie, 504, 1933, S. 94
bis 130.
Journal of the American Chemical Society, 80,
Journal of the American Chemical Society, 80,
1958, S. 5483 bis 5487.
Bei der Bekanntmachung der Anmeldung sind zwei Prioritätsbelege ausgelegt worden.
© 309 597/347 5.63
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