DE1207389B - Verfahren zur Herstellung von Dicarbonsaeureimiden - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Dicarbonsaeureimiden

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DE1207389B DES76194A DES0076194A DE1207389B DE 1207389 B DE1207389 B DE 1207389B DE S76194 A DES76194 A DE S76194A DE S0076194 A DES0076194 A DE S0076194A DE 1207389 B DE1207389 B DE 1207389B
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Dicarbonsäureimiden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dicarbonsäureimiden aus ungesättigten Carbonsäureamiden.
  • Es ist bekannt, daß man bei der Einwirkung von Kohlenmonoxyd und Ammoniak oder primären oder sekundären nichtaromatischen Aminen auf Olefine und olefinische Verbindungen unter Druck und bei erhöhter Temperatur unter dem Einfluß von Katalysatoren, wie den carbonylbildenden Komplexverbindungen oder Salzen des Nickels, Kobalts oder Eisens, Säureamide erhält.
  • Insbesondere führt nach W. R e p p e und H. K r öp er, Annalen der Chemie, 582 (1953), 5. 47, die Umsetzung von Olefinen mit Kohlenoxyd und wasserfreiem Ammoniak bei 280"C und 250 atm in Gegenwart von Nickelcarbonyl zu Carbonsäureamiden. Die Bildung von Imiden bei dieser Reaktion ist nicht beschrieben worden.
  • Gemäß einem in der USA.-Patentschrift 2 841 591 beschriebenen Verfahren gelangt man zu Phthalimidinen, wenn man aromatische Ketaldimine (Schiffsche Basen) in Gegenwart von Cobalt- oder Nickelcarbonylen mit Kohlenoxyd bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur umsetzt. Hierbei tritt unter Auflösung der C N - Doppelbindung die CO-Gruppe zwischen den Iminstickstoff und einen Ringkohlenstoff unter Bildung eines Fünfringes, der jedoch nur eine CO-Gruppe enthält, während die erfindung gemäß erhältlichen Dicarbonsäureimide im Ring zwei CO-Gruppen aufweisen. Ein Hinweis auf den Reaktionsmechanismus nach der Erfindung konnte dieser USA.-Patentschrift daher nicht entnommen werden.
  • Weiterhin ist es bekannt, durch eine Reaktion von Verbindungen mit einer Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen mit einem Gemisch von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff unter der Einwirkung eines carbonylbildenden Metallkatalysators, z. B. von Kobaltcarbonylen, Oxoverbindungen, z. B. Aldehyde, herzustellen.
  • Demgegenüber wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man Dicarbonsäureimid erhält, wenn man ungesättigte Carbonsäureamide mit Kohlenmonoxyd bei Temperaturen von 50 bis 300"C und einem Druck von 30 bis 340 atm in Gegenwart von Cobaltverbindungen und organischen Lösungsmitteln umsetzt.
  • Nicht zu erwarten war ferner, daß bei unverzweigten, eine Kette von mehr als 3 Kohlenstoffatomen enthaltenden ungesättigten Carbonsäureamiden, wie Crotonamid, sowie bei verzweigten, mehr als 4 Kohlenstoffatome enthaltenden Carbonsäureamiden, wie p"B-Dimethylacrylsäureamid, neben Succinimiden auch Glutarimide erhalten werden. Dies dürfte auf eine Isomerisierung der Ausgangsprodukte unter den Bedingungen der Reaktion zurückzuführen sein.
  • Die Reaktion nach der Erfindung setzt bereits bei wenig erhöhter Temperatur und Druck, z. B. bei 50"C und 30 atm, ein. Um die Reaktionszeit möglichst kurz zu halten, werden jedoch höhere Temperaturen und Drücke, z. B. 150 bis 300"C und 150 bis 340 atm, bevorzugt.
  • Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Katalysatoren sind carbonylbildende Salze und Verbindungen des Cobalts, wie Dicobaltoctacarbonyl, Cobalttetracarbonylwasserstoff, Raney-Cobalt, Cobaltsulfat, Cobaltacetat oder Cobaltnaphthenat.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, wie Benzol, Toluol, Aceton und Methyläthylketon, durchgeführt.
  • Die Katalysatoren werden entweder ohne Lösungsmittel oder in einem der erwähnten Lösungsmittel gelöst zugegeben. Die Katalysatorkonzentration beträgt vorzugsweise 1 bis 5 0/ob bezogen auf die Gesamtmenge des eingesetzten Carbonsäureamids, wobei in einzelnen Fällen höhere Konzentrationen zu besseren Ausbeuten führen.
  • Als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren werden oc,fl-ungesättigte Carbonsäureamide, wie Acrylamid, Methacrylamid, fl,fl-Dimethylacrylamid, Cyclohexancarbonsäureamid und Crotonamid, oder auch ß,y-ungesättigte Carbonsäureamide, wie Cyclohexenessigsäureamid oder Dimethyl-vinylessigsäureamid, verwendet, die gegebenenfalls durch aromatische Reste substituiert sind. So reagiert z. B.
  • Zimtsäureamid ebenfalls in ausgezeichneter Ausbeute.
  • Ferner können die Carbonsäureamide am Stickstoffatom einen Substituenten, wie die Alkyl-, Aryl- oder Aralkylgruppe, aufweisen, wie dies z. B. der Fall ist bei N-Methylacrylamid, N-Butylacrylamid, N-Isobutylacrylamid, N-Hexylacrylamid, N-Laurylacrylamid, Acrylanilid, N-p-Chlorphenylacrylamid, N-Benzylacrylamid, N-2,6-Dichlorphenylacrylamid, N-n-Butylmethacrylamid und N-Benzylmethacrylamid.
  • Die verfahrensgemäß gegebenenfalls erhaltenen Gemische aus substituierten Succinimiden und Glutarimiden werden durch an sich bekannte Methoden (z. B. auf absorptionschromatographischem Wege oder durch andere Trennverfahren) voneinander getrennt. jB,y-ungesättigte Carbonsäureamide, wie Cyclohexenessigsäureamid, ergeben bei dem Verfahren nach der Erfindung Glutarsäureimide.
  • Die erfindungsgemäß hergestellten Imide sind wertvolle Pharmazeutica, Bestandteile biozider Gemische oder Schmiermittel; sie stellen auch wichtige Zwischenprodukte für die Herstellung spezieller Reagenzien, wie N-Bromsuccinimid, dar.
  • Die folgenden Beispiele erläutern das Verfahren nach der Erfindung näher.
  • Beispiel 1 Succinimid aus Acrylamid 71 g Acrylamid, stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon, 100 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung (4 g Cobalt, bezogen auf Metall) und 300 ml Aceton werden in einen 1-l-Doppelmagnethubrührautoklav gebracht. Kohlenmonoxyd wird bis zu einem Druck von 170 atm aufgepreßt und der Autoklav auf 200°C erwärmt. Dann wird Kohlenmonoxyd bis zu einem Enddruck von 306 atm nachgedrückt und noch 2 Stunden gerührt. Anschließend wird der Autoklav abgekühlt, das überschüssige Kohlenmonoxyd abgeblasen, Katalysatorzersetzungsprodukte abgesaugt, das Lösungsmittel im Vakuum abdestilliert und das verbleibende Reaktionsprodukt im Vakuum destilliert.
  • Ausbeute an Succinimid: 80,5 g = 81°/o der Theorie; Sdp.0,04 = 127 bis 139°C; Schmp. 125°C (aus Butanol-Petroläther oder Essigester).
  • Analog werden mit anderen Katalysatoren folgende Ausbeuten an Succinimid erhalten: 54% der Theorie Raney-Cobalt, 21 °/o der Theorie Cobaltacetat.
  • Beispiel 2 N-Methylsuccinimid aus N-Methylacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 23 g N-Methylacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 75 ml Aceton, 25 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck ....... 200 atm Kohlenmonoxyd Enddruck .......... 279 atm Temperatur 2000 C Reaktionszeit 4 Stunden Ausbeute an N-Methylsuccinimid: 19,7 g = 64,5% der Theorie (Umsatz = 100%); Sdp.15 = 125 bis 128°C; Schmp. 69"C (aus Ligroin oder Diäthyläther).
  • Beispiel 3 N-Butylsuccinimid aus N-Butylacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 71,3 g N-Butylacrylamid (stabilisiert durch Zuvon etwas Hydrochinon), 150ml Aceton, 60 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck...... 170 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ......... 311 atm Temperatur 2000 C Reaktionszeit .... 8 Stunden Ausbeute an N-Butylsuccinimid: 62,7 g = 77°/0 der Theorie; Sdp.l2 = 138°C; n20 = 1,4736.
  • Beispiel 4 N-Isobutylsuccinimid aus N-Isobutylacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 82 g N-Isobutylacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 250 ml Aceton, 100 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck.... 170 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ....... 305 atm Temperatur 2000 C Reaktionszeit ... 6 Stunden Ausbeute an N-Isobutylsuccinimid: 80,1 g = der Theorie; Sdp.l7 = 132°C; n20 = 1,4696.
  • B e i s p i e l 5 N-Hexylsuccinimid aus N-Hexylacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 58 g N-Hexylacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 200 ml Aceton, 50 ml benzolische Co2(CO8)-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 100 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ...... 268 atm Temperatur...... 200°C Reaktionszeit ... 6 Stunden Ausbeute: 68,5 g = 76,8 °/o der Theorie; Sdp.t3 = 158°C; n20 = 1,4718.
  • Beispiel 6 N-Laurylsuccinimid aus N-Laurylacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 56 g N-Laurylacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 250 ml Aceton, 25 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 185 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ........ 271 atm Temperatur 2000 C Reaktionszeit ... 4 Stunden Ausbeute an N-Laurylsuccinimid: 34,3 g = 54,7% der Theorie; Sdp.0,04 = 130 bis 156°C; Schmp. 38 bis 42°C (aus Petroläther 40: 60).
  • Beispiel 7 N-Phenylsuccinimid aus Acrylanilid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 71,5 g Acrylanilid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 300 ml Methyläthylketon, 50 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 170 atm Kohlenmonoxyd Enddruck .. 297 atm Temperatur...... 240°C Reaktionszeit . . . 51/2 Stunden Ausbeute an N-Phenylsuccinimid: 54,8 g = 64,3 0/o der Theorie (100 0/o Rohausbeute); Schmp. 157°C (aus Methanol).
  • Beispiel 8 N-Benzylsuccinimid aus N-Benzylacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 63 g N-Benzylacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 350 ml Aceton, 40 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 170 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ...... 272 atm Temperatur...... 240°C Reaktionszeit ... 4 Stunden Ausbeute an N-Benzylsuccinimid: 67,7 g =91,7 01o der Theorie; Schmp. 104°C (aus Diäthyläther).
  • Beispiel 9 N-2,6-Dichlorphenylsuccinimid aus N-2,6-Dichlorphenylacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 50 g N-2,6-Dichlorphenylacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 250 ml Aceton, 33 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 170 atm Kohlenmonoxyd Enddruck .. 309 atm Temperatur 2400 C Reaktionszeit . 3 Stunden Ausbeute an N-2,6-Dichlorphenylsuccinimid: 25 g = 450/o der Theorie; Schmp. 1500C (aus Methanol-Aceton).
  • Beispiel 10 a-Methylsuccinimid aus Methacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 92 g Methacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 1000 ml Aceton, 125 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 180 atm Kohlenmonoxyd Enddruck .... . 300 atm Temperatur 2400 C Reaktionszeit . 5 Stunden Ausbeute an a-Methylsuccinimid: 83,5g= 68°/o der Theorie; Sdp.0,2 = 92°C; Schmp. 65°C.
  • Beispiel 11 N-n-Butyl-a-methylsuccinimid aus N-n-Butylmethacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 95 g N-n-Butylmethacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 300 ml Aceton, 100 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 185 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ...... 300 atm Temperatur 2000 C Reaktionszeit ... 4 Stunden Ausbeute an N-n-Butyl-a-methylsuccinimid: 84,3 g = 73,60/0 der Theorie; Sdp.l2 = 131°C; n20 = 1,4620.
  • Beispiel 12 N-Benzyl-a-methylsuccinimid aus N-Benzylmethacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 50 g N-Benzylmethacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 300 ml Benzol, 100 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 155 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ....... 300 atm Temperatur...... 280°C Reaktionszeit ... 5 Stunden Ausbeute an N-Benzyl-a-methylsuccinimid: 44,7 g = 77% der Theorie; Sdp.0,15 = 123 bis 125°C; n20 = 1,5400.
  • Beispiel 13 Methylsuccinimid und Glutarimid aus Crotonamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 127,2 g Crotonamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 300 ml Aceton, 150 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 170 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ...... 302 atm Temperatur...... 243°C Reaktionszeit .. 6 Stunden Ausbeute: 163,4 g = 96,5 °/o der Theorie.
  • IR-Analyse ergab für das Rohprodukt folgende Zusammensetzung: 700/o der Theorie Methylsuccinimid, 200/o der Theorie Glutarimid, 10 0/o der Theorie Nebenprodukte.
  • Die Trennung des Rohprodukts erfolgt durch Chromatographie an einer Aluminiumoxydsäule, als Elutionsmittel dient Diäthyläther. Die erhaltenen Anteile an Methylsuccinimid und Glutarimid stimmen gewichtsmäßig mit der IR-Analyse überein. Schmp.
  • 65"C Methylsuccinimid, 163"C Glutarimid.
  • Beispiel 14 N-Methyl-oc-methylsuccinimid aus N-Methylmethacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 79 g N-Methylmethacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 100 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 170 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ... . 300 atm Temperatur 2400 C Reaktionszeit ... 4 Stunden Ausbeute an N-Methyl--methylsuccinimid 71,4 g = 70,2% der Theorie; Sdp.l2 = 111°C; n20 = 1,4763.
  • Beispiel 15 N-p-Chlorphenylsuccinimid aus N-p-Chlorphenylacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 30 g N-p-Chlorphenylacrylamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 150 ml Aceton, 25 ml benzolische Coa(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 160 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ...... 307 atm Temperatur 2400 C Reaktionszeit ... 4 Stunden Ausbeute an N-p-Chlorphenylsuccinimid 22,2 g = 64s5 5% der Theorie; Schmp. 167"C (aus Methanol).
  • Beispiel 16 Hexahydrophthalsäureimid aus Cyclohexencarbonsäureamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 50 g Cyclohexencarbonsäureimid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 300 ml Aceton, 60 ml benzolische Coa(CO8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 170 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ... . 300 atm Temperatur...... 240°C Reaktionszeit ... 6 Stunden Ausbeute an Hexahydrophthalsäureimid: 55,7 g = 91°/o der Theorie; Schmp. 132°C (sublimiert).
  • Beispiel 17 Cyclohexan-carbonsäure-1-essigsäure-2-imid aus Cyclohexenessigsäureamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 50 g Cyclohexenessigsäureamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 300 mlBenzol, 50 ml benzolische Coa(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck.... 170 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ... ... 250 atm Temperatur.... . 240°C Reaktionszeit . . . 1V4 Stunden Ausbeute an Hexahydrophthalsäureimid: 24,6 g = 41°/o der Theorie; Schmp. 185"C (sublimiert).
  • Beispiel 18 a-Phenylsuccinimid aus Zimtsäureamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 100 g Zimtsäureamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 600 ml Aceton, 120 ml benzolische Coa(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck.. . 190 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ...... 310 atm Temperatur 2000 C Reaktionszeit . . . 11/2 Stunden.
  • Ausbeute an a-Phenylsuccinimid: 37,7 g = 35% der Theorie; Sdp.0,2 = 165°C.
  • Beispiel 19 ß-Methylglutarimid aus ß,ß-Dimethylacrylamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 83 g ß,ß-Dimethylacrylamid (stabilisiert durch - Zugabe von etwas Hydrochinon), 1200 ml Benzol, 90 ml benzolische Co2(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 175 atm Kohlenmonoxyd Enddruck .... . 320 atm Temperatur...... 218°C Reaktionszeit . . 3 Stunden Ausbeute an ß-Methylglutarimid: 71 g = 670/o der Theorie.
  • Nach IR-Analyse besteht das Reaktionsprodukt zu 65% der Theorie aus ß-Methylglutarimid. Schmp.
  • 143°C.
  • Beispiel 20 oc,or-Dimethylglutanmid aus Dimethyl-vinylessigsäureamid Versuchsanordnung: Analog Beispiel 1.
  • Ansatz: 50 g Dimethyl-vinylessigsäureamid (stabilisiert durch Zugabe von etwas Hydrochinon), 300 ml Aceton, 60 ml benzolische Coa(CO)8-Lösung.
  • Reaktionsbedingungen: Anfangsdruck 170 atm Kohlenmonoxyd Enddruck ...... 305 atm Temperatur 222 C Reaktionszeit . . 3½ Stunden Ausbeute: 36 g = 580/o der Theorie; Sdp.02s = 105°C; Schmp. 1300C (aus Benzol-Benzin bzw.
  • Sublimation).

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung von Dicarbonsäureimiden aus Carbonsäureamiden, d a d u r c h g ekennzeichnet, daß man ungesättigte Carbonsäureamide mit Kohlenmonoxyd bei Temperaturen von 50 bis 300°C und einem Druck von 30 bis 340 atm in Gegenwart von Cobaltverbindungen und organischen Lösungsmitteln umsetzt.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 841 591.
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