DE1210789B - Verfahren zur Herstellung von Cyanessigsaeureestern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Cyanessigsaeureestern

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DE1210789B
DE1210789B DEK52894A DEK0052894A DE1210789B DE 1210789 B DE1210789 B DE 1210789B DE K52894 A DEK52894 A DE K52894A DE K0052894 A DEK0052894 A DE K0052894A DE 1210789 B DE1210789 B DE 1210789B
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Germany
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acid ester
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alkali metal
cyanoacetic acid
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Pending
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DEK52894A
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English (en)
Inventor
Dipl-Chem Dr Kurt Sennewald
Dipl-Chem Dr Alfred Hauser
Winfried Lork
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Knapsack AG
Original Assignee
Knapsack AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C255/00Carboxylic acid nitriles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
C07c
Deutsche KL: 12 ο-12
Nummer: 1210789
Aktenzeichen: K 52894IV b/12 ο
Anmeldetag: 8. Mai 1964
Auslegetag: 17. Februar 1966
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cyanessigsäureestern der allgemeinen Formel
CN — CH2 — COOR
in welcher R einen aliphatischen, cycloaliphatischen oder Aralkylrest bedeutet, durch Umsetzung eines entsprechenden Monochloressigsäureesters mit Cyanwasserstoff.
Cyanessigsäureester, die als Ausgangsprodukt für zahlreiche Synthesen in der pharmazeutischen sowie in "> der Kunststoffindustrie Anwendung finden, wurden bisher beispielsweise durch Umsetzung des Natriumsalzes der Chloressigsäure mit einem Alkalicyanid in wäßriger Lösung hergestellt, worauf die hierbei erhaltene Cyanessigsäure nach ihrer Isolierung aus der wäßrigen Phase mit einem Alkohol verestert wurde. Betrachtet man die Isolierung der Cyanessigsäure, beispielsweise durch Eindampfen der wäßrigen Lösung oder Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel als einen besonderen Verfahrensschritt, so stellt diese bekannte Arbeitsweise ein dreistufiges Verfahren dar, bei welchem besonders in der zweiten und dritten Stufe Ausbeuteverluste durch Verseifung der Cyanessigsäure, durch unvollständige Extraktion der wäßrigen Lösung oder durch unvollkommene Veresterung der Säure auftreten, so daß der Cyanessigester in einer Ausbeute von nur 70 bis 80 % erhalten werden kann.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Cyanessigsäurealkylestern besteht nach der deutschen Patentschrift 640 509 in der Umsetzung von Chloressigsäurealkylestern mit einem Alkalicyanid bei erhöhter Temperatur in Gegenwart einer freien organischen Säure. Da hierbei die Reaktionszeit etwa 24 Stunden beträgt, wird die Bildung von Nebenprodukten, wie z. B. Cyanbernsteinsäureester oder /J-Cyantricarballylester wesentlich begünstigt, so daß der Cyanessigsäureester lediglich in einer Ausbeute von durchschnittlich 70% erhalten wird.
Schließlich kann man Cyanessigsäureester auch nach dem Verfahren der USA.-Patentschrift 2 985 682 durch Reaktion eines Halogenessigsäureesters mit Cyanwasserstoff und Ammoniak in einem inerten Lösungsmittel herstellen. Bei diesem Verfahren ist ebenfalls die verhältnismäßig lange Reaktionszeit von etwa 7 Stunden von Nachteil, da hierdurch, wie im Verfahren der deutschen Patentschrift 640 509, die Nebenproduktebildung gefördert wird. Nur bei strengstem Einhalten der Reaktionsbedingungen, besonders einer Reaktionstemperatur von 00C, werden gute Ausbeuten an Cyanessigsäureester erhalten, da bereits bei einer Temperatur von 2 bis 60C die Entstehung von Chloracetamid bzw. Glycinamid als Neben-Verf ahren zur Herstellung von
Cyanessigsäureestern
Anmelder:
Knapsack Aktiengesellschaft, Hürth-Knapsack
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Chem. Dr. Kurt Sennewald,
Dipl.-Chem. Dr. Alfred Hauser, Knapsack;
Winfried Lork, Friesheim bei Euskirchen
produkte nicht verhindert werden kann. Abgesehen davon ist es umständlich, das als Nebenprodukt anfallende und im Reaktionsgemisch gelöste Ammoniumchlorid, beispielsweise durch Behandeln der Lösung mit Wasser, zu entfernen, da hierbei eine teilweise Verseifung des Esters eintreten kann.
Es wurde nunmehr ein Verfahren entwickelt, das die Herstellung von Cyanessigsäureestern in guter Ausbeute in wesentlich kürzerer Reaktionszeit als bei den bekannten Verfahren und bei nur geringfügigem Anfall eines in Blausäure und Cyanessigester rückspaltbaren Nebenproduktes gestattet, wobei es auf Grund der kurzen Reaktionszeiten möglich ist, das Verfahren gegebenenfalls kontinuierlich zu betreiben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Cyanessigsäureestern der allgemeinen Formel
CN-CH2-COOR
in welcher R einen Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aralkylrest bedeutet, ist dadurch gekennzeichnet, daß man einen entsprechenden Monochloressigsäureester mit einem stöchiometrischen Überschuß an Cyanwasserstoff in Gegenwart eines Alkalialkoholats am Siedepunkt des Reaktionsgemisches bei Atmosphärendruck oder gegebenenfalls erhöhtem Druck umsetzt, worauf man nach Beendigung der Reaktion das ausgefallene Alkalihalogenid abtrennt und aus der verbleibenden Lösung den Cyanessigsäureester durch Destillation isoliert.
Die bei dieser Arbeitsweise erzielten Ausbeuten an Cyanessigsäureester betragen trotz der verhältnismäßig kurzen Reaktionszeit von höchstens etwa einer Stunde durchschnittlich 80% der Theorie, wobei als einziges Nebenprodukt das Halbnitril des a-Iminobernsteinsäureesters in einer Menge von weniger als 1 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge des erhaltenen Cyanessigsäureesters, anfällt. Dieses Ergebnis
609 508/287
3 4
ist besonders überraschend, da nach der USA.- zusetzt, welche das Halbnitril quantitativ in Cyan-
Patentschrift 2 452 350 die Entstehung von Alkoxy- essigsäureester und Cyanwasserstoff spaltet. Als
essigsäureestern als Umsetzungsprodukt von Halogen- tertiäre N-Base hat sich beispielsweise Triäthanolamin,
essigsäureestern mit Alkalialkoholaten zu erwarten Triphenylamin oder Chinolin als geeignet erwiesen,
war, was offensichtlich zugunsten der Cyanessigester- 5 Das Verfahren der Erfindung zeichnet sich gegen-
bildung nicht eintrat. _ über den bekannten Arbeitsweisen durch seine ein-
Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung fache Ausführungsform in einer Verfahrensstufe und
können als Ausgangsprodukt Monochloressigsäure- eine kürzere Reaktionszeit aus, wobei die erzielten
ester eingesetzt werden, deren alkoholischer Rest Ausbeuten über 80% der Theorie betragen,
höchstens 6 Kohlenstoffatome enthält. io
Die Umsetzung des Chloressigsäureesters mit einem Beispiell
stöchiometrischen Überschuß an Cyanwasserstoff
wird durch die Anwesenheit eines Alkalialkoholats In eine siedende Lösung von 54,3 g (0,5 Mol) Chlorals Kondensationsmittel wesentlich begünstigt. Es essigsäuremethylester und 13,5 g (0,5 Mol) Blausäure ist besonders vorteilhaft, je Mol Alkalialkoholat 15 trägt man unter Rühren innerhalb von 220 Minuten 1,1 bis etwa 4MoI Halogenessigsäureester sowie 4320 geiner 25°/oigenNatriummethylatlösung(20Mol) etwa 1,5 bis 6 Mol Cyanwasserstoff einzusetzen. Als in Methanol und ein Gemisch aus 3255 g (30 Mol) Alkalialkoholat verwendet man vorzugsweise die Chloressigsäuremethylester und 1080 g (40 Mol) Blau-Umsetzungsprodukte des Natriums oder Kaliums mit säure derart ein, daß der Chlorester sowie die Blaubeispielsweise dem der alkoholischen Komponente 20 säure gegenüber dem Natriummethylat stets im Überdes Chloressigsäureesters entsprechenden Alkohol. schuß vorliegt. Natriumchlorid fällt in feinkristalliner Da die Umsetzung in leicht alkalischem Milieu bei Form sofort aus. Nach Beendigung der Zugabe der einem pH-Wert zwischen 8 bis 9 verläuft und hierbei Ausgangsprodukte wird weitere 30 Minuten unter kaum die Gefahr einer Umesterung besteht, kann Rückfluß gekocht und nach dem Abkühlen des Reakaber auch ein Alkalialkoholat verwendet werden, 25 tionsgemiscb.es auf 0°C das Natriumchlorid durch dessen alkoholische Komponente nicht der des zum Abfiltrieren von der Flüssigphase getrennt. Die koch-Einsatz gelangenden Halogenessigsäureesters ent- salzfreie Lösung wird fraktioniert destilliert, wobei spricht. Das Alkalialkoholat selbst kann in fester nach Abtreiben des Methanols und nicht umgesetzter Form oder in alkoholischer Lösung in das Ausgangs- Blausäure als Vorlauf bei einer Temperatur von gemisch eingebracht werden. Im allgemeinen werden 30 74° C und einem Druck von 100 mm Hg 1098 g als Alkalialkoholate Natrium- oder Kaliummethylat (10,12 Mol) unveränderter Chloressigsäuremethyloder die entsprechenden Äthylate bevorzugt verwendet, ester erhalten wird. Die anschließende Destillation
Eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungs- des Cyanessigsäuremethylesters erfolgt nach Zusatz
gemäßenVerfahrensbestehtdarin, daß eine alkoholische von 2 g Triäthanolamin und ergibt 1709 g (17,25 Mol)
Lösung des Alkalialkoholats zu dem zum Sieden er- 35 reinen Cyanessigsäuremethylester vom Kp.lo = 86°C.
hitzte Gemisch aus Halogenessigsäureester und über- Dies entspricht einer Ausbeute von 86,2 % der
schüssiger Blausäure bei Atmosphärendruck nach und Theorie, bezogen auf die Menge des eingesetzten
nach zugegeben wird. Da bei zu rascher Zugabe des Methylats, und 84,6 %, bezogen auf die Menge des
Alkoholate zum Ausgangsgemisch die Ausbeute an umgesetzten Chloressigsäuremethylesters.
Cyanessigsäureester vermindertwird, ist es zweckmäßig, 40
die Zulaufgeschwindigkeit des Alkoholats so zu be- Beispiel 2
messen, daß die Gesamtreaktionszeit höchstens etwa In eine siedende Lösung von 54,3 g (0,5 Mol) Chlor-1 Stunde beträgt. Es ist aber auch möglich, die einzelnen essigsäuremethylester, 270 g (10 Mol) Blausäure und Reaktionsteilnehmer getrennt in das Reaktionsgefäß 80 ml Methanol tropft man unter Rühren im Zeitraum einzubringen, wobei lediglich zu beachten ist, daß 45 von 175 Minuten 759 g (7 Mol) Chloressigsäuremethylwährend der Zugabe stets ein molarer Überschuß ester und 1122 g einer methanolischen 24,l%igen an Blausäure gegenüber dem Alkalialkoholat und dem Natriummethylatlösung (5 Mol) ein. Nach beendeter Halogenessigsäureester vorhanden ist. Das als Reak- Zugabe wird das Reaktionsgemisch 15 Minuten unter tionsprodukt anfallende Alkalihalogenid fällt in fein- Rückfluß erhitzt, das Reaktionsgemisch anschließend verteiltem Zustand aus der Reaktionslösung aus und 50 auf 0°C abgekühlt und das ausgefallene Natriumkann nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches chlorid abgetrennt. Durch Destillation der Reaktionsdurch Zentrifugieren oder Filtrieren abgetrennt wer- lösung erhält man nach dem Abtrennen des Methanols den. Die Reaktionslösung wird zur Isolierung des und nicht umgesetzter Blausäure 274 g (2,5 Mol) Cyanessigsäureesters anschließend destillativ aufge- nicht umgesetzten Chloressigsäuremethylester zurück, arbeitet, wobei der zurückgewonnene Alkohol wieder 55 Die Ausbeute an Cyanessigsäuremethylester vom zur Alkoholatherstellung verwendet wird. In. gleicher Kp.2O = 99° C beträgt 406 g (4,1 Mol) oder 82,0% Weise kann auch nicht umgesetzter Chloressigsäure- der Theorie, bezogen auf eingesetztes Methylat, ■ester sowie Cyanwasserstoff erneut zum Einsatz und 82,3 %, bezogen auf umgesetzten Chloressigsäuregebracht werden. methylester. Durch Filtrieren des Cyanessigsäure-
Der auf diese Weise hergestellte Chloressigsäure- 60 methylesters und Umkristallisieren des Filtergutes
ester ist durch eine geringfügige Verunreinigung von aus Methanol erhält man etwa 1 g a-Iminobernstein-
weniger als 1 Gewichtsprozent mit dem als Neben- säuremethylesternitril mit einem Schmelzpunkt von
produkt entstandenen Halbnitril des a-Iminobern- 159 bis 161° C als Nebenprodukt,
steinsäureesters leicht getrübt, jedoch kann diese . -x w e.
Trübung dadurch vermieden werden, daß man der 65 B e 1 s ρ 1 e 1 e 3 bis 6
von Chloralkali befreiten Lösung vor der Destillation Die in folgender Tabelle zusammengefaßten Bei-
etwa 0,01 bis 1 Gewichtsprozent einer höher als der spiele zeigen den Einfluß des Blausäureüberschusses
Cyanessigsäureester siedenden tertiären Stickstoffbase auf die Ausbeute an Cyanessigsäuremethylester und
die Reaktionsgeschwindigkeit. In den Beispielen 3 bis 6 wurde ein Gemisch aus Chloressigsäuremethylester und Blausäure in bestimmten Molverhältnissen zum Sieden erhitzt und unter Rühren eine bestimmte Menge einer methanolischen Natriummethylatlösung eingetragen. Die Gesamtreaktionszeit setzt sich aus der Summe der Zulaufzeit des Methylats und der Zeit für das anschließende Kochen unter Rückfluß
Beispiel
Molverhältnis
NaOCH3: HCN: CICH2COOCH3
Zulauf zeit des
Methylats
(Minuten)
Gesamt-Reaktions-
zeit
(Minuten)
Cyanessigesterausbeute (°/0)
berechnet
auf eingesetztes
Methylat
berechnet auf
umgesetzten
Chlorester
3
4
5.
1:1,1:1,1
1:1,5:1,5
1:2,0:1,5
1: 6,0: 3,0
zusammen. Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgte wie im Beispiel 1. zo
Beispiel 7
306,4 g (2,5MoI) Chloressigsäureäthylester, 270 g (10 Mol) Blausäure und 100 ml Äthanol werden unter Rühren zum Sieden erhitzt und in die Lösung im Zeitraum von 110 Minuten 612,7 g (5,0 Mol) Chloressigsäureäthylester und 1836 g einer 18,5%igen Natriumäthylatlösung in Äthanol (5,0 Mol) eingetragen. Nachdem weitere 25 Minuten unter Rückfluß gekocht worden war, wird die Reaktionslösung auf 00C abgekühlt und vom ausgefallenen Natriumchlorid abfiltriert. Durch fraktionierte Destillation des Filtrats erhält man neben Äthanol und nicht umgesetzter Blausäure 346 g (2,8 Mol) Chloressigsäureäthylester zurück. Die Vakuumdestillation des rohen Cyanessigsäureäthylesters bei 1050C und 10 Torr nach Zusatz von 0,5 g Triäthanolamin liefert 452 g (4,0 Mol) Cyanessigsäuresäthylester, was einer Ausbeute von 80 % der Theorie, bezogen auf das eingesetzte Äthylat, bzw. 85,5% der Theorie, bezogen auf umgesetzten Chloressigsäureäthylester, entspricht.
Beispiel 8
In eine siedende Lösung von 162 g (6 Mol) Blausäure und 530 g (3 Mol) Chloressigsäurecyclohexylester tropft man innerhalb 35 Minuten 450 g einer 24 %igen Natriummethylatlösung in Methanol (2 Mol) ein. Nachdem weitere 25 Minuten unter Rückfluß gekocht und anschließend auf 00C abgekühlt worden war, wurde das ausgeschiedene Natriumchlorid vom Reaktionsgemisch abgetrennt und das Filtrat einer fraktionierten Destillation unterworfen. Dabei erhält, man neben Methanol, wenig Cyclohexanol und nicht umgesetzter Blausäure 159,6 g (0,9 Mol) Chloressigsäurecyclohexylester vom Kp. 7 = 87° C zurück. Der Cyanessigsäurecyclohexylester vom Kp11 = 97 bis 98 0C fällt in einer Ausbeute von 216,5 g (1,3 Mol) oder 65% der Theorie, bezogen auf eingesetztes Methylat, bzw. 61,9 % der Theorie, bezogen auf umgesetzten Chloressigsäurecyclohexylester, an.
25
35
45
30
35
40
60
69,2
85,9
82,0
88,5
70,2
80,4
82,3
84,2

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Cyanessigsäureestern der allgemeinen Formel
CN — CH2 — COOR
in welcher R einen aliphatischen, cycloaliphatischen oder Aralkylrest bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man einen entsprechenden Monochloressigsäureester mit einem stöchiometrischen Überschuß an Cyanwasserstoff in Gegenwart eines Alkalialkoholats am Siedepunkt des Reaktionsgemisches bei Atmosphärendruck oder gegebenenfalls erhöhtem Druck umsetzt, worauf man nach Beendigung der Reaktion das ausgefallene Alkalihalogenid abtrennt und aus der verbleibenden Lösung den Cyanessigsäureester durch Destillation isoliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsprodukt Monochloressigsäureester einsetzt, deren alkoholischer Rest höchstens 6 Kohlenstoffatome enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalialkoholat entweder das Umsetzungsprodukt des Natriums oder Kaliums mit dem der alkoholischen Komponente des Chloressigsäureesters entsprechenden Alkohol oder die entsprechenden Alkalimethylate oder -äthylate in fester Form oder in Form einer Lösung in dem Alkohol verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man je Mol Alkalialkoholat 1,1 bis etwa 4 Mol Chloressigsäureester und etwa 1,5 bis 6 Mol Cyanwasserstoff einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Gesamtreaktionszeit von höchstens etwa 60 Minuten einhält.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man der zu destillierenden Lösung nach Abtrennung des Alkalichlorids etwa 0,01 bis 1 Gewichtsprozent einer höher als der Cyanessigsäureester siedenden tertiären Stickstoffbase, wie Triäthanolamin, Triphenylamin oder Chinolin, zusetzt.
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US4169105A (en) * 1977-09-19 1979-09-25 Shell Oil Company Preparation of cyanoacetates
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EP2455365A1 (de) 2010-11-22 2012-05-23 Lonza Ltd. Verfahren zur Herstellung von Cyanocarbonsäureestern

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