DE1263007B

DE1263007B - Verfahren zur Herstellung von substituierten delta 2-Oxazolinen

Info

Publication number: DE1263007B
Application number: DEC32962A
Authority: DE
Inventors: Dr Wolfgang Seeliger
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1964-05-23
Filing date: 1964-05-23
Publication date: 1968-03-14
Also published as: GB1099657A; CH445496A; FR1436298A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C07d

Deutsche Kl.: 12 ρ - 3

Nummer: 1 263 007

Aktenzeichen: C 32962IV d/12 ρ

Anmeldetag: 23. Mai 1964

Auslegetag: 14. März 1968

Es ist aus Chem. Rev., 44, S. 449 f. (1949). bekannt, aus N - (2 - Hydroxyäthyl) - derivaten aromatischer oder aliphatischer Carbonsäureamide I²-Oxazoline herzustellen. Die Umsetzung erfolgt dabei in Gegenwart von Chlorierungsmitteln, wie Thionylchlorid, zunächst zu den 2-Chloräthyl-carbonsäureamiden, woraus sodann mit starken Basen, ζ. Β. Alkalihydroxiden, Chlorwasserstoff abgespalten wird. Dieses Verfahren gestaltet sich jedoch für einen technischen Maßstab zu aufwendig.

Weiterhin ist es aus J. Amer. Chem. Soc, 57, S. 1079 (1935), bekannt, 2-Alkyl- Isoxazoline durch Erhitzen kleiner Mengen von N-(2-Hydroxyäthyl)-carbonsäureamiden in flüssiger Phase bei Temperaturen von 260 bis 280" C in Ausbeuten von maximal 35% herzustellen. Dabei bilden sich erhebliche Mengen undestillierbarer Rückstände, die auf die Reaktion des gebildeten Oxazolins mit dem Ausgangsmaterial zurückzuführen sind. Darüber hinaus zeigte sich, daß die Dehydratisierung des N-(2-Hydroxyäthyl)-benzamids durch Erhitzen in flüssiger Phase nicht zu dem an sich zu erwartenden 2-Phenyl- ]²-oxazolin führt.

Nach dem oben beschriebenen Verfahren ist es möglich, 2-substituierte 4,4-J²-Oxazoline herzustellen (Journ. Org. Chem., 28, S. 2759 [1963]). Es handelt sich jedoch nur um einen Sonderfall, da die etwas besseren Ausbeuten ausschließlich bei geminal disubstituierten J²-Oxazolinen möglich sind.

Ferner wird in der USA.-Patentschrift 2 844 589 ein Verfahren zur Herstellung von unsubstituiertem 1²-Oxazolin beschrieben, in dem N-(2-Hydroxyäthyl)-formamid dehydratisiert wird. Dieses Verfahren ist einmal auf unsubstituierte J²-Oxazoline beschränkt, zum anderen ist aus den Beispielen zu entnehmen, daß mit steigender Temperatur, vor allem in der Gasphase, die Ausbeuten des Verfahrens sehr stark zurückgehen.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von substituierten J²-Oxazolinen der allgemeinen Formel I

Verfahren zur Herstellung von substituierten
1²-Oxazolinen

Anmelder:

Chemische Werke Hüls Aktiengesellschaft,
4370 Mari

Als Erfinder benannt:
Dr. Wolfgang Seeliger, 4370 Mari

I\.2 IT C- "

R₃-HC

-N

Il

C Rj

H)'

in der R₁ einen Alkyl-, Cycloalkyl-, Methylcycloalkyl- oder einen Arylrest, der durch ein Chloratom oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann, und R₂ und R₃ Wasserstoffatome oder niedermolekulare Alkylreste bedeuten, durch Dehydratisieren von N-(2-Hydroxyäthyl)-derivaten von Carbonsäureamiden der allgemeinen Formel II

R₂-HC NH

R₃-HC C-R₁ II

OH O

in der R₁, R₂ und R₃ die oben angegebene Bedeutung haben, gefunden, in dem die Dehydratisierung in der Gasphase bei 250 bis 700" C, vorzugsweise bei 300 bis 600⁰C, in Gegenwart von Dehydratisierungskatalysatoren unter Normaldruck oder bei vermindertem Druck durchgeführt wird.

Die N-(2-Hydroxyäthyl)-derivate der Carbonsäureamide sind technisch leicht zugänglich, z. B. aus Carbonsäuren oder deren Estern mit vorzugsweise

1 bis 3 Kohlenstoffatomen in der Alkoholkomponente sowie aus 2-Aminoäthanol oder dessen am Kohlenstoff substituierten Derivaten. Die Herstellung der N-(2-Hydroxyäthyl)-carbonsäureamide kann dabei außerhalb oder innerhalb des Reaktionsraumes erfolgen.

Als Carbonsäuren eignen sich z. B. Essigsäure, Propionsäure, n- oder Isobuttersäure, Valeriansäure, 2-Äthylcapronsäure, Capronsäure, Laurinsäure, PaI-mitinsäure, Pivalinsäure, Cyclohexancarbonsäure, 4-Methylcyclohexancarbonsäure, Benzoesäure, p-Toluylsäure, m-Chlorbenzoesäure, p-tert.-Butylbenzoesäure, 1- bzw. 2-Naphthalincarbonsäure und Cyclopentylessigsäure.

Als 2-Aminoäthylalkoholkomponenten sind z. B. geeignet 2-Aminoäthylalkohol, 2-Aminopropanol-(l),

2 - Aminobutanol - (1), 2 - Aminobutanol - (3) und 1 -Aminopropanol-(2).

Als Dehydratisierungskatalysatoren eignen sich z. B. die für Dehydratisierungen üblichen Katalysatoren, wie Aluminiumoxid- oder Siliciumdioxidkontakte, mit einer Oberfläche von beispielsweise

809 518/664

3 4

150 bis 400 m²/g, die auch mit Salzen, z.B. Alkali- etwa 50 ml Aluminiumoxidkontakt auf 600° C erphosphaten, imprägniert sein können. hitzt. Der Aluminiumoxidkontakt besteht aus zylin-Die Dehydratisierung selbst erfolgt im allgemeinen derförmigen Teilchen, welche 4 mm lang sind und in der Weise, daß man die Ausgangsstoffe gegebenen- einen Durchmesser von 3 mm besitzen. Die innere falls auf Temperaturen, die zwischen der Schmelz- 5 Oberfläche beträgt 300 m²/g, der Glühverlust 1%. und der Siedetemperatur liegen, vorerhitzt und in Der Aluminiumoxidkontakt ist leicht sauer einder Gasphase bei Temperaturen von 250 bis 700^?C, gestellt. Die Temperaturmessung erfolgt durch ein vorzugsweise 300 bis 600° C, an Dehydratisieruhgs- verschiebbares Thermoelement im Innern der Konkatalysatoren umsetzt. Vorzugsweise wird diese Um- taktschicht an der heißesten Stelle. Am oberen setzung in einem Reaktionsrohr kontinuierlich vor- 10 Ende des Kontaktrohres wird ein Tropftrichter, genommen, wobei die Verweilzeit von 0,01 bis 5 Sekun- am unteren Ende ein kurzes Übergangsstück und den, vorzugsweise von 0,05 bis 1 Sekunde, betragen daran anschließend ein auf etwa — 50⁰C gekühlter soll. Statt der N-(2-Hydroxyäthyl)-carbonsäureamide Kolben angebracht. Der Kolben ist mit zwei Kühlkönnen auch Gemische bzw. Salze aus Carbonsäuren fallen und einer Wasserstrahlpumpe verbunden. Die und N- (2 -Hydroxyäthylamin)- derivaten eingesetzt 15 ganze Apparatur ist vakuumdicht. Der Druck im werden. Reaktionsrohr beträgt während der Umsetzung 10

Im Rahmen dieses Verfahrens ist es besonders bis 12 mm Hg.

vorteilhaft, den Partialdruck des N-(2-Hydroxyäthyl)- Mit einer Geschwindigkeit von 60 ml/Stunde werderivates des Carbonsäureamids bzw. des Oxazolins den nun 251 g N-(2-Hydroxyäthyl)-butyramid auf durch Verminderung des Druckes oder durch Zu- 20 die obere Kontaktschicht aufgetropft. Aus dem versatz inerter Gase, z. B. Stickstoff, Benzol- oder einigten Reaktionsgemisch (239 g) wird im Vakuum Ligroindämpfe, zu erniedrigen. Die zu dehydratisie- einer ölpumpe bis zu einer Badtemperatur von etwa renden Ausgangsverbindungen können sowohl in 100°CderniedrigsiedendeAnteilabgetrieben(181,5g), als auch vor der eigentlichen Reaktion bzw. dem der nach gaschromatographischer Analyse 132 g2-Pro-Kontaktrohr verdampft werden. 25 pyl- l²-oxazolin enthält. Durch Aufarbeitung nach

Zur Gewinnung des entstandenen I²-Oxazolins an sich bekannten Verfahren erhält man reines aus dem Reaktionsgemisch ist es vorteilhaft, die 2-Propyl- l²-oxazolin, Siedepunkt 148 bis 149°C. z. B. aus dem Kontaktrohr kommenden heißen Aus dem hochsiedenden Anteil destillieren 52 g Dämpfe unmittelbar nach der Reaktion auf Tem- Ausgangsmaterial; nur 5 g bleiben als undestillierperaturen unterhalb 50⁰C abzuschrecken, um auf 30 barer Rückstand zurück. Der Umsatz beträgt 19⁰I₀, diese einfache Weise die Weiter- oder Rückreaktion die Ausbeute an reinem 2-Propyl- J²-oxazolin bedes 1²-Oxazolins zu vermindern bzw. sogar zu ver- läuft sich auf 124 g, entsprechend 73% der Theorie; hindern. Aus dem so erhaltenen Reaktionsgemisch nur 2% verbleiben als undestillierbarer Rückstand, wird der leichter flüchtige Anteil, der hauptsächlich . .
aus I²-Oxazolin und Wasser besteht, von dem 35 B e 1 s ρ 1 e 1 2
höhersiedenden N-(2-Hydroxyäthyl)-derivat des Car- Die Reaktion wird entsprechend Beispiel 1 durchbonsäureamids, vorteilhaft bei vermindertem Druck, geführt. Als Katalysator wird ein Aluminiumoxidabdestilliert. Das gegebenenfalls durch Destillation kontakt, dessen zylinderförmige Teilchen 2 mm lang gereinigte Ausgangsmaterial kann wieder in die sind und einen Durchmesser von 1,5 mm besitzen, verReaktion zurückgeführt werden. Aus dem haupt- 40 wendet. Die innere Oberfläche beträgt etwa 190 m²/g, sächlich aus I²-Oxazolin und Wasser bestehenden der Glühverlust beläuft sich auf etwa 9%. Der Kontakt leichtflüchtigen Anteil des Reaktionsgemisches kann ist leicht sauer eingestellt. Die Reaktion wird bei das reine I²-Oxazolin nach bekannten Verfahren, einer Temperatur von 575⁰C durchgeführt. Der z. B. durch Behandlung mit Kaliumhydroxid und Druck im Reaktionsrohr beträgt während der Um-Lösungsmittelextraktion oder einfach durch Destil- 45 setzung 12 mm Hg. Bei einem Durchsatz von 210 g lation, abgetrennt werden. N-(2-Hydroxyäthyl)-butyramid erhält man 204 g Re-

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt aktionsgemisch. Bei der Aufarbeitung entsprechend

es in überraschender Weise, 1²-Oxazoline der all- Beispiel 1 erhält man bei einem Umsatz von 66%

gemeinen Formel I in guten Ausbeuten und Durch- eine Ausbeute von 84% der Theorie an 2-Propyl-

sätzen zu erhalten, ohne daß es zu den eigentlich 50 J²-oxazolin, bezogen auf umgesetztes N-(2-Hydroxy-

unter diesen Bedingungen zu erwartenden Reaktionen äthyl)-butyramid.

mit Wasserdampf (Rückreaktion) bzw. den Ausgangs- Der undestillierbare Rückstand beträgt 5g = 2,4%·

verbindungen kommt. ■ . .

Gleichzeitig ist es überraschend, daß nur unwesent- Beispiel

liehe Mengen undestillierbarer und unverwertbarer 55 Entsprechend Beispiel 2 werden bei 550⁰C und

Rückstände entstehen. einem Druck von 14 mm Hg 200 g N-(2-Hydroxy-

Neben den gegenüber der Dehydratisierung in äthyl)-acetamid dehydratisiert. Bei einem Umsatz

flüssiger Phase erzielbaren höheren Ausbeuten und von 81% werden 71% der Theorie an 2-Methyl-

höheren Umsätzen gestattet die Reaktion in der J²-oxazolin erhalten. Der undestillierbare Rückstand

Gasphase hohe Durchsätze, wobei die Reaktions- 60 beträgt 8g = 4%.

temperatur leichter zu beherrschen und die Reaktion Durch Reinigung nach bekannten Methoden erbequem kontinuierlich durchzuführen ist. hält man reines 2-MethyI-J²-oxazolin, Siedepunkt 108

Die Verfahrensprodukte können als Zwischen- bis 110° C.

produkte verwendet werden. B e i s d i e 1 4

65 '

^BeisP^iel ^l Entsprechend Beispiel 2 werden bei 450⁰C und

In einem senkrecht stehenden Quarzrohr von 30 mm Hg 224 g N-(2-Hydroxyäthyl)-benzamid de-

300 mm Länge und 23 mm innerer Weite werden hydratisiert. Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches

erfolgt durch Destillation bei etwa 0,5 mm Hg Druck. Durch Redestillation der dabei zwischen 80 und 110⁰C siedenden Fraktion erhält man 117,5 g 2-Phenyll²-oxazolin, Kp.₅117 bis 120³C, nf = 1,5660. Aus dem Rückstand destillieren bei Kp_fl2 160 bis 167° C 57 g Ausgangsmaterial. Die Ausbeute beträgt 79,4% der Theorie, bezogen auf den Umsatz von 74%.

Beispiel 5

IO

Entsprechend Beispiel 4 werden 266 g N-(2-Hydroxyäthyl)-p-toluylamid bei 500° C und 14 mm Hg dehydratisiert und aufgearbeitet. Man erhält 90 g 2-p-Tolyl- l²-oxazolin, Kp_11-3 94 bis 97^CC, Fp. 42 bis 50 C, und HOg Ausgangsmaterial, Fp. 73 bis 74^:C. Die Ausbeute, bezogen auf den Umsatz, beträgt 64% der Theorie, der Umsatz 59%·

Beispiel 6

200 Gewichtsteile Benzoesäure und 105 Gewichtsteile Äthanolamin werden vermischt und auf etwa 150 C erwärmt. Dadurch bildet sich das unter diesen Bedingungen flüssige benzoesäure Salz des Äthanolamins.

280 Gewichtsteile davon werden entsprechend Beispiel 2 bei 380 C und 5 mm Hg Druck dehydratisiert. Man erhält dabei 242 Gewichtsteile eines Reaktionsproduktes, von dem 71 Gewichtsteile in kristallisierter Form vorliegen.

Dieser kristalline Anteil besteht aus dem benzoesauren Salz des Äthanolamins, das durch Absaugen und Waschen, z. B. mit Aceton, rein erhalten werden kann.

Der verbleibende flüssige Anteil wird der Vakuumdestillation unterworfen. Man erhält dabei 27 Gewichtsteile Wasser, 70 Gewichtsteile 2-Phenyloxazolin (nl° = 1,5669) und 64 Gewichtsteile N-(2-Hydroxyäthyl)-benzamid.

Das benzoesäure Salz des Äthanolamins und das als Zwischenprodukt entstandene N-(2-Hydroxyäthyl)-benzamid können wieder zur Dehydratisierung eingesetzt werden.

Beispiel 7

In einem senkrecht stehenden Quarzrohr von 450 mm Länge und 40 mm innerer Weite befindet sich ein Rohr von 8 mm Durchmesser zur Aufnahme des Thermoelements. Das Kontaktrohr wird mit 330 ml des gleichen Aluminiumoxidkontaktes wie im Beispiel 2 (Zylinderform, 2,4 mm Durchmesser, 3 mm Länge) gefüllt.

Das obere Ende des Kontaktrohres wird über eine kurze Brücke mit einem Destillationskolben, das untere Ende des Rohres mit einem kurzen wässergekühlten Duranglas-Kühler, einem mit Eiswasser gekühlten Kolben, einer Kühlfalle und einer ölpumpe verbunden.

Das Kontaktrohr wird mit einem elektrischen Ofen beheizt, wobei die Temperaturmessung vor Beginn der Dehydratisierung etwa 200 mm, nach Beginn etwa 100 mm vom unteren Ende des Kontaktrohres erfolgt.

Die Apparatur wird sodann mit einer ölpumpe evakuiert. Der Druck im Reaktionsrohr beträgt während der Umsetzung 1 bis 2 mm Hg. Dabei destillieren aus dem Destillationskolben 454 Gewichtsteile N - (2 - Hydroxyäthyl) - benzamid innerhalb Stunde in das Reaktionsrohr. Die Temperatur in der Kontaktschicht beträgt 400⁰C.

Durch Vakuumdestillation des gesamten Reaktionsproduktes (434 Gewichtsteile) erhält man 42 Gewichtsteile wäßrige Schicht, 269 Gewichtsteile 2-Phenyloxazolin (Kp_fl2 6O⁰C) und 95 Gewichtsteile N-(2-Hydroxyäthyi)-benzamid(Kp_O2 150 bis 180^cC).

Die Ausbeute an 2-Phenyloxazolin beträgt 84% der Theorie, bezogen auf umgesetztes Ausgangsmaterial, der Umsatz liegt bei 79%·

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von substituierten I²-Oxazolinen der allgemeinen Formel I

R₂-R₃

HC
HC

■N

Il

R₁

R₂ -NH R₃- C R₁ Il
0 -HC -HC OH

in der R₁ einen Alkyl-, Cycloalkyl-, Methylcycloalkyl- oder einen Arylrest, der durch ein Chloratom oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann, und R₂ und R₃ Wasserstoffatome oder niedermolekulare Alkylreste bedeuten, durch Dehydratisieren von N-(2-Hydroxyäthyl-derivaten von Carbonsäureamiden der allgemeinen Formel II

in der R₁, R₂ und R₃ die oben angegebene Bedeutung haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehydratisierung in der Gasphase bei 250 bis 700⁰C, vorzugsweise bei 300 bis 600⁰C, in Gegenwart von Dehydratisierungskatalysatoren unter Normaldruck oder bei vermindertem Druck durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsverbindungen der allgemeinen Formel II im Reaktionsraum durch bekannte Dehydratisierung eines entsprechenden Aminoäthanolsalzes einer Carbonsäure entstehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch unmittelbar nach der Reaktion auf Temperaturen unterhalb 50⁰C abgeschreckt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 844 589;
Journal of Organic Chemistry, 28 (1963), S. 2759 bis 2762.

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