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Verfahren zur Herstellung von N-Aminomorpholin N-Aminomorpholin kann
man bekanntlich durch Umsetzung von Morpholin mit Chloramin in wäßriger Lösung herstellen.
Zur Isolierung des Reaktionsproduktes hat man dieses von Wasser, Kochsalz, überschüssigem
Morpholin und Nebenprodukten der Reaktion abzutrennen, was mit großem technischem
Aufwand und beträchtlichem Verlust an N-Aminomorpholin verbunden ist.
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Ein anderer Weg besteht darin, Morpholin zunächst in N-Nitrosomorpholin
überzuführen und dieses zur Aminoverbindung zu reduzieren, beispielsweise mit Zink
und Essigsäure. Die Durchführung dieses Verfahrens ist besonders dadurch erschwert,
daß, wie in letzter Zeit bekannt wurde, N-Nitrosomorpholin ein starkes, schnell
wirkendes Carcinogen für die Leber ist. Seine Verarbeitung erfordert umfangreiche
Schutzmaßnahmen.
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Beide Wege gehen also von einem wertvollen Rohstoff aus und führen
nur bei großem technischem Aufwand zum Ziel.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von N-Aminomorpholin,
das darin besteht, daß man ß,p'-Dichlordiäthyläther, vorzugsweise in Gegenwart eines
Lösungsmittels, unter Erhitzen, gegebenenfalls unter Druck, mit überschüssigem Hydrazin
umsetzt, den während der Reaktion fiei werdenden Chlorwasserstoff durch überschüssiges
Hydrazin und/oder Ätzalkalien bzw. -erdalkalien bindet, wobei die Anwesenheit von
freiem Ätzalkah bzw. -erdalkali im Reaktionsgemisch vermieden wird, und das gebildete
N-Aminomorpholin nach üblichen Methoden aus dem Reaktionsgemisch isoliert. Die Synthese
des N-Aminomorpholins aus Hydrazin und ß,'-Dichlordiäthyläther nach folgender Gleichung
erscheint wenig aussichtsreich, wenn man die über die Alkylierung des Hydrazins
bestehenden Erfahrungen berücksichtigt.
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Bekanntlich bleibt die Reaktion im allgemeinen nicht bei der Einführung
von zwei Alkylgruppen in das Hydrazinmolekül stehen, sondern führt zu 1,1,1 -Trialkylhydraziniumsalzen
oder zu Trialkylhydrazinen. So sind beispielsweise bei der Umsetzung von Propylchlorid
mit Hydrazin die Hauptprodukte der Reaktion l,l,l-Tripropylhydraziniumchlorid und
Tripopylhydrazin. Dazu kommen bei Verwendung des handelsüblichen Hydrazin-Wasser-Azeotrops,
des sogenannten Hydrazinhydrats, noch weitere Reaktionsmöglichkeiten des ß,ß'-Dichlordiäthyläthers
in wäßrigem bzw. wäßrig-alkoholischem alkalischem Milieu, wie die Bildung von Hydroxy-
und Alkoxyverbindungen.
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Es wurde jedoch überraschenderweise gefunden, daß bei der Umsetzung
von ß,ß'-Dichlordiäthyläther mit Hydrazin N-Aminomorpholin als Hauptprodukt entsteht,
wenn folgende Reaktionsbedingungen eingehalten werden: 1. Bezogen auf ß,ß'-Dichlordiäthyläther
muß Hydrazin stets im Übelschuß vorliegen, da sich andernfalls Dimorpholyl, OC4H8N
- NC4H8O bildet.
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2. Um die Bildung von Nebenprodukten, die Polyäthergruppen und teilweise
auch Hydrazingruppen enthalten, auf ein erträgliches Maß zu beschränken, ist die
Reaktion bei Abwesenheit von freien Ätzalkalien durchzuführen.
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Bei Beachtung dieser Vorschriften erhält man isoliertes, wasserfreies
N-Aminomorpholin in einer auf den eingesetzten ß,ß'-Dichlordiäthyläther bezogenen
Ausbeute von 60 bis 700/0.
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Es ist zweckmäßig, die Reaktion in Gegenwart eines die Mischbarkeit
von Hydrazin mit ß,ß'-Dichlordiäthyläther vermittelnden Lösungsmittels durchzuführen.
Vorzugsweise verwendet man hierfür niedere Alkohole, wie Methylalkohol, Äthylalkohol
oder Isopropylalkohol.
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Da die gewünschte Reaktion verhältnismäßig langsam verläuft, führt
man sie bei Siedetemperatur des Reaktionsgemisches und gegebenenfalls unter er-
höhtem
Druck durch. Beispielsweise siedet eine Mischung von 36 g ß,ß'-Dichlordiäthyläther,
50 g Hydrazinhydrat und 250 ml Methylalkohol unter Normaldruck bei 70 C. Nach einer
Reaktionszeit von 6 Stunden haben sich etwa 85°/o des Dichloräthers umgesetzt. Erhitzt
man die gleiche Mischung im Autoklav auf 120"C, wobei der Druck auf etwa 8 atü steigt,
so ist die Reaktion bereits nach 2 Stunden praktisch vollständig abgelaufen.
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Der Hydrazinüberschuß soll, bezogen auf obenstehende Gleichung, mindestens
etwa 100 01o betragen.
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Wird der bei der Reaktion entstehende Chiorwasserstoff nicht durch
eine andere Base neutralisiert, so sind also auf 1 Mol ß,ß'-Dichlordiäthyläther
mindestens 4 Mol Hydrazin aufzuwenden. Nach der Reaktion scheidet sich beim Abkühlen
der Lösung Hydraziniumchlorid ab, das abgetrennt und in bekannter Weise, z. B. mit
Natronlauge, in die freie Base übergeführt werden kann. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, das Hydraziniumchlorid ohne vorherige Abtrennung von der Mutterlauge
durch Zusatz einer entsprechenden Menge Natronlauge zu zersetzen und dabei in Freiheit
gesetztes Hydrazin gemeinsam mit dem im Überschuß eingesetzten zurückzugewinnen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, auf
1 Mol ß,ß'-Dichlordiäthyläther mindestens 2 Mol Hydrazin einzusetzen und den bei
der Reaktion entstehenden Chlorwasserstoff bereits während der Umsetzung durch eine
andere Base, vorzugsweise Ätzalkali, zu neutralisieren. Setzt man die ganze dazu
erforderliche Menge dem Reaktionsgemisch schon bei Beginn der Umsetzung zu, so erhält
man als Hauptprodukt Substanzen, deren Siedepunkte teils unter, teils über dem des
N-Aminomorpholins liegen und deren Moleküle Polyäthergruppen und teilweise auch
Hydrazingruppen enthalten. Dagegen fällt N-Aminomorpholin als Hauptprodukt an, wenn
das Alkali dem Reaktionsgemisch nach und nach zugegeben wird und man die Dosierung
dem Fortschreiten der Reaktion anpaßt. Besonders sicher und einfach geht man vor,
wenn man einen Teil der Umsetzung - 30 bis 5001o bei Abwesenheit von Ätzalkalien
ablaufen läßt und die Base während der restlichen Reaktionszeit in gleichen Anteilen
zugibt.
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Nach Beendigung der Reaktion wird vom ausgefallenen Salz, bei der
bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ein Alkali- oder Erdalkalimetallchlorid,
abfiltriert und vom Filtrat das Lösungsmittel abdestilliert. Der Rückstand besteht
im wesentlichen aus N-Aminomorpholin, Hydrazin, nicht abgeschiedenem Salz und Wasser
und enthält gegebenenfalls die erwähnten, durch Nebenreaktionen gebildeten Produkte.
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Zur Isolierung des N-Aminomorpholins ist es möglich, aus dem Rückstand
zunächst Hydrazin
und Wasser und dann das gewünschte Produkt durch Rektifikation
abzutrennen.
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Eine andere bevorzugte Arbeitsweise besteht darin, das N-Aminomorpholin
aus wäßrig-alkalischer Lösung mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel
zu extrahieren. Geeignete Extraktionsmittel sind beispielsweise Äther, Benzol und
Toluol. Zum Beispiel läßt sich aus einer wäßrigen Lösung, die neben N-Aminomorpholin
und Hydrazin etwa 30 Gewichtsprozent Ätznatron enthält, die heterocyclische Base
durch einstufige Extraktion mit einem der genannten Mittel praktisch vollständig
abtrennen, wobei sie nur von einer geringen Menge Hydrazin begleitet wird.
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Nach Verdampfung des Extraktionsmittels wird die extrahierte Base
durch Destillation bei normalem oder vermindertem Druck gereinigt.
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N-Aminomorpholin dient als Ausgangsstoff für organische Synthesen,
besonders in der Heilmittelchemie.
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Beispiel Eine Mischung aus 286 g ß,fl'-Dichlordiäthyläther (2Mol),
200 g Hydrazinhydrat (4 Mol) und 1,5 1 Athylalkohol wird 6 Stunden lang unter Rühren
zu gelindem Sieden erhitzt. Während der letzten 4 Stunden gibt man stündlich 87,5
g 460/0ige Natronlauge zu (zusammen 4 Mol NaOH). Nach dem Abkühlen wird von 177
g Kochsalz abfiltriert. Vom Filtrat wird der Alkohol abgetrieben. Den Rückstand
versetzt man mit 100 g festem Ätznatron. Mit dem im Rückstand enthaltenen Wasser
entsteht dabei eine Lauge mit 25 bis 30 Gewichtsprozent NaOH. Die Extraktion des
N-Aminomorpholins erfolgt durch einmaliges Schütteln mit 200 ml Toluol. Nach Abtrennung
der organischen Phase und Verdampfung des Toluols wird der Rückstand im Vakuum fraktioniert.
Nach einem geringfügigen Vorlauf destillieren 133 g N-Aminomorpholin entsprechend
einer auf den eingesetzten ß,ß'-Dichlordiäthyläther bezogenen Ausbeute von 65°/o.
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Kp.ll 59"C.