DE1445177A1 - Verbesserungen betreffend alkylierte heterocyklische Stickstoffverbindungen - Google Patents

Description

Drβ. MJItE * BEEG

PATENTAHWiLTE KÖJOHBT 13 25. August 1960

Be/Be Anwälte-Akte 6161

0.0. Yakefield & Comp, Limited, Castrol-House

London (England)

^Verbesserungen "betreffend alkylierte heterocyklische Stickstoffverbindungen"

Die Erfindung betrifft alkylierte heterocyklische Stickstoffverbindungen und im Besonderen ein neues Verfahren zur Herstellung C-alkylierter heterocyklisclier Stickstoff Verbindungen·

Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von 0-alkylierten heterocyklischen Verbindungen geschaffen, das umfasst die Umsetzung eines Alken der allgemeinen Formel

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R-C= ₂
t

CH₃

wobei R ein gerader oder verzweigt-kettiger gesättigter Alkyl-Rest mit 1-9 Kohlenstoffatomen ist in Gegenwart eines Borfluorid-Katalysators, der im Wesentlichen aus einem Borfluoridkomplex mit Wasser, einem Alkohol, einem üther oder einem Hitril mit Phenothiazin, Carbazol oder Acridin-besteht. Das Verfahren der -vorliegenden Erfindung ist brauchbar zur Herstellung C-alkylierter heterocyklischer Verbindungen, wie beispielsweise Dioctyl-phenothiazine, durch direkte Alkylierung der heterocyklischen Verbindung. Diese alkylierten heterocyclischen Verbindungen und besonders alkylierte Phenothiazine lcönnen als Additive in Schmierstoff-Zubereitungen auf der Basis synthetischer Schmieröle oder mineralischer Schmieröle verwendet werden; sie können ausserdem als Zwischenstoffe für die Herstellung von Arzneimitteln Anwendung finden.

tri Der Katalysator ist vorzugsweise Boiflfluoriddihydrat und kann in einer-Menge von wenigstens 0,1 Mol per Mol der heterocyklischen Verbindung verwendet werden, obgleich 0,2 Mol per Mol der heterocyclischen Verbindung im Allgemeinen bevorzugt werden.

Besondere Beispiele von Borfluorid-Verbindungen, die bei dem erfindungsgemässen Verfahren als Katalysatoren Verwendung finden können, sind die folgenden:

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Borfluorid-methanol-Komplexe BF₅. CH₅OH

BF₅.2GH₅OH

Borfluorid-äthanol-Komplex
Borfluorid-glykol-Komplex BF_x.(
Borfluorid-ätherat BF₅.(C₃H₅)₂0

Borfluorid-methylamyläther-Komplex BF₅₄CH₅O C₅H₁₁ Borfluorid-anisol-Komplex BF₅. CgH₅OCH₅ Boffluorid-tetrahydrofuran-Komplex BF₅.C>H_Q0 Borfluorid-dioxan-Komplex BF₅.C,HpO_? Borfluorid-acetonitril-Komplex BF₅. CH₅C]J Borf luorid-benzonitril-Kompl'ex BF,. CcH,-CH"

pop

Borfluorid-Komplexe mit 0-, m- und p-Tolunitril Der Komplex von Borfluorid und Wasser kann durch Mischen von Borfluorid mit 40 Yolfo wässriger Fluorwasserstoffsäure erhalten werden.

Im Allgemeinen kann die Menge des vorliegenden Katalysators mit der Menge der vorliegenden heterocyklischen Verbindung im Reaktionsgemisch in Beziehung stehen. Im Allgemeinen werden Mengen Katalysator von 0,1 bis 3 Mol per Mol der heterocyklischen Verbindung notwendig sein, obgleich eine Auswahl innerhalb dieses Spielraums getroffen werden kann, um optimale Ausbeuten zu erzielen, da die tatsächliche Menge welche verwendet wird, um beste Ergebnisse zu erzielen, gestützt sowaohl von der heterocyklischen Verbindung, als auch von dem jeweiligen Allen, abhängt. Bei der Herstellung sowohl das alkylierten Phenothiazin, wie des alkylierten Carbazol ist 0,2 bis 1,5 Mol die bevorzugte Spanne.

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Im Falle von Acridin ist 0,5 bis 3,0 Mol der bevorzugte Bereich.

Die bei Verfahren gemäss vorliegender Erfindung verwendeten Katalysatoren sind Komplexe von Borfluorid mit einem ffitril oder einer neutralen Sauerstoff-enthalt enden Verbindung. Es wurde gefunden,, dass Komplexe des Borfluorids mit anderen Arten Komplex-bildender Mittel, wie Basen, wie beispielsweise Pyridine Äthylamin oder Diphenylamin die Alkylierungsreaktion nicht katalysieren wollen, während wasserfreies Borfluorid oder Komplexe von ihm mit anderen Komplex-bildenden Mitteln, wie starken Säuren, beispielsweise ,Phosphorsäure, die Polymerisation des Alkens vorzugsweise gegenüber der Alkylierung der heterocyklisehen Verbindung, fördern.

Das Ausmass, in welchem die Alkylierung stattfindet, zum Beispiel ob die alkylierte he.terocyklische Verbindung ein Mono- oder Di-alkylderivat ist, wird durch die heterocyklische Verbindung bestimmt. Auf diese Weise werden mit Phenothiazin und mit Carbazol Dialkylderivate erhalten, welche relativen Verhältnisse der Eeaktionspartner auch immer verwendet werden, während mit Acridin die Mono-Alkylierung stattfinden kann. Daher wird die Alkenmenge, die in einem gegebenen Pail verwendet wird, normalerweise die theoretisch erforderliche zur Herstellung des gewünschten Produktes sein oder eines leichten Überschusses die-

ser Menge. ^! ■

Beispiele von Alkenen in Übereinstimmung mit der weiter

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-5 -

oben definierten formel sind Isobutylen, Diisobutylen und TriIsobutylen. In bestimmten Fällen ist es möglich, im Reaktionsgemisch den entsprechenden tert. Alkohol zu verwenden, und das Alken in situ im Reaktionsgemisch zu bilden. Der tertiäre JUkohol wird so zuerst durch den Borfluorid-Komplex zersetzt, um das Alken zu erhalten, das dann ait der heterocyklischen Terbindung reagiert. Diese Bildung des Alkene in situ wird nur in den Fallen brauchbar sein, wenn der tertiäre Alkohol bei relativ niederen Temperaturen zersetzt werden kann, beispielsweise im lalle des tertiären-Butylalkohols.

In Gegenwart der Methylgruppe in Hachbarschaft zu der doppelten Bindung des Alkens hat sich als wesentlich gezeigt; Versuche Phenqthiazin mit Verbindungen, wie Decen-1, tetramerem Propylen und 2-Äthyl-hexen-i zu alkylieren, waren ohne Erfolg.

Obgleich die Reaktion in Abwesenheit eines !Lösungsmittels abläuft, wird ein nicht-polares Kohlenwasserstofflösungsmittel vorzugsweise verwendet, beispielsweise Heptan, Isoootan oder Petroläther(K.P.8O - 100⁰C oder 100 - 120⁰O). Die Gegenwart von einigen aromatischen Kohlenwasserstoffen eoheint nieht nachteilig zu sein, obgleich diese theoretiaoh ebenfalls alkyliert werden müssten und, wenn dies erfolgte, die Ausbeute verringern wurden.

Zur 3)\irohfuhrung der Erfindung wurde eine Reaktionatempe— ratw? [mwiMtüum 80 und 100°C als wünschenswert gefunden. Die Seaktion kenn S;ef orderi; und die Ausbeute verbessert

werden durch den Gebrauch eines Ko-Eataly sat or s, beispielsweise einer organischen SuIfonsäure, wie p-Toluolsulfonsäure, verwendet in Mengen von 1 - 10$, vorzugsweise 5 &ew.fo, bezogen auf das Gewicht der anwesenden heterocyclischen Verbindung.

Die folgenden spezifischen Beispiele veranschaulichen das Verfahren. - .

Beispiel 1 Herstellung von ^iT-Dioctyl-phenothiazin.

Die Vorrichtung besteht aus einem· 1 Ltr. 3-Halskolben, versehen mit einem Thermometer, Quecksilber-Rührer und einem Rückflusskühler.

In den Kolben werden gegeben:
100 g Phenothiazin (0,5 Mol)
112 g Diisobutylen (1,0MoI)
10,4 g Bl₅.2H₂O (0,1 Mol) (Katalysator)

5 g p-Toluolsulfonsäure (Co-Katalysator) 200 ml Heptan.

Das Gemisch wurde 4 Stunden lang unter leichten Eückflussbedingungen gehalten, wobei während dieser Zeit die Lösung sich in tiefes Purpur verwandelte» Man liess die Temperatur in der flüssigen Reaktionsmasse 95⁰O nicht übersteigen, um die Bildung von Nebenprodukten zu verhindern.

Am Ende der Umsetzungsperiode wurde, die lösung in lieisse wässrige kaustische Soda gegossen und gu* geadttfö-

" _ ■ ■ ' '· . - 7 -■ ' ■ 809808/07 1Ί

telt. Die Purpurfarbe verschwand und wurde durch eine grüne Färbung ersetzt. Mehr Heptan wurde zugegeben, um das Produkt zu extrahieren. Es wurde dies zweimal wiederholt, die Lösung jedesmal erhitzt. Die Heptanschicht wurde dann abgetrennt und das lösungsmittel durch Destillation entfernt. Der zurückbleibende feste Körper wurde aus Heptan auskristallisiert.

Auf diese Weise wurden 126 g eines blassgrünen kristallinen Materials mit einem Schmelzpunkt bei 163 - 165⁰C erhalten, was eine 6O$ige Ausbeute darstellt. Nach einer weiteren Auskristallisierung aus Heptan war der Schmelzpunkt auf 167⁰C erhöht.

Beispiel 2 Herstellung von 3»7-Dioetyl-phenothiazin.

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch mit 200 ml Isooctan als Lösungsmittel, aber der Ko-Katalysator wurde weggelassen. 114 g des Produktes wurden mit Schwierigkeit isoliert.

Die Ausbeute war in diesem Fall 53$.

Beispiel-3 Herstellung von 3.7-Dioctvl-phenothiazin.

Die gleiche Menge von Stoffen wurden wie im Beispiel 1. (einschliesslich Ko-Katalysator) verwendet, aber die Reaktion wurde in Petroläther (K.P. 80 - 100⁰G) (und ungefähr aromatische Verbindungen enthaltend)ausgeführt.

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Die lösung wurde unter leichten Rückflussbedingungen 4 Stunden lang gehalten. Die Temperatur in der Rückflussmasse wurde "bei 91 - 93⁰C währenddessen gehalten.

Schliesslich wurden 141 g des Produktes isoliert, gleich einer Ausbeute von 67$ nach einmaligem Auskristallisieren aus Heptan.

Beispiel 4 Herstellung von. Monö-Octyl-acridin.

In einen Kolben, ausgerüstet mit einem Quecksilber-Ruhr er und Rückflusskühler werden folgende Stoffe eingebracht: 9fO g Acridin (0,05 Mol)

11,2 g Diisobutylen (0,1 .Mol)

11,4 g BF₃.2H₂O (0,1 Mol)

50 ml Petroläther (100 - 120⁰G Siedebereich) Das Gemisch wurde gut gerührT-· und 5 Stunden unter Rückfluss gehalten. ITach dieser Zeit wurde das Gemisch in Wasser geleert und mit kaustischer Sodalösung neutralisiert. Der gelbe.Festkörper wurde abgefiltert und in kochendem technischen Methanol aufgenommen. Each Kühlen wurden gelbe Kristalle ausgeschieden, die bei 209 - 213°0 schmolzen. Eine weitere Auskristallisierung ergab einen zitronengelben, schön ■ kristallisierten Festkörper mit einem Schmelzpunkt von 220⁰C.

4 g wurden sioliert gleich einer Restausbeute von 27$ des reinen Materials.

■'.·■■ SAO OHlGlNAi

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'Die Analyse ergab, dass die Verbindung 4,8$ Stickstoff. enthielt; der theoretische Wert für llono-Oetyl-acridin ist 4,76$.

Beispiel 5 Herstellung von Biootyl-carbazol.

In eine gleiche, wie in Beispiel 4 beschriebene Apparatur, werden eingebracht:

83,5 g Carbazol (0,5 Mol)

112,0 g Diisobutylen (1,0 Mol) 78,0 g BF₃.2H₂O (0,75 Mol)

200 ml Petroläther (100 - 120⁰O Siedebereich) Das Gemisch wurde gut gerührt und 5 Stunden unter Rückfluss gehalten. Kach dieser Zeit wurde das Gemisch in Wasser gegossen und mit kaustischer Sodalösung neutralisiert. Das ölige Produkt wurde mit Petroläther (Kochpunkt 60 80°G) extrahiert, dann mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und abgefiltert.

Das lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt und ergab 185 g (95$ Ausbeute) eines leicht braunen Harzes.

Die Analyse ergab einen Gehalt von 3,32$ N, der theoretische Wert für Bioctylearbazol ist 3,58$ U.

Beispiel 6 Herstellung von Bidodecyl-phenothiazin.

Diese Substanz wurde nach der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt aus:

- 10 809808/07 1 1 .

-ro - '

19,9 g Phenothiazin (0,1 Mol)
33,6 g Triisobutylen (0,2 MoI)

15,6 g BP₅.2E₂O (0,15 Mol)
°»5 g p-Toluolsulfonsäure

50 ml Petroläther (80 - 100⁰C Siedebereich). Das Reaktionsprodukt war sehr harzig, aber nach Auskristallisieren aus Heptan wurden 7,5 g (14$) Didodecyl-phenothiazin mit einem Schmelzpunkt von 141⁰C erhalten.

Die Analyse der Terbindung ergab einen Gehalt von 5,27$ S, der theoretische Wert für Didodecylphenothiazin ist 5,98$ S,

Beispiel 7 Herstellung von Di-t-butyl-phenothiazin aus t-Butylalkohol.

In einen Kolben, ausgerüstet wie in Beispiel 1 beschrieben, werden folgende Stoffe eingebracht:

39,8 g Phenothiazin (0,2 Mol)

29,6 g t-Butylalkohol (0,4 Mol) 41,6 g BF₃.2H₂O (0,4 Mol)

2,0 g p-Toluolsulfonsäure

200 ml Petroläther (80 - 100⁰C Siedebereich). Das Gemisch wurde unter Rühren 5 Stunden unter Rückfluss gehalten, danach in heisse 10$ige kaustische Sodalösung gegossen und geschüttelt. Dann wurde es mit Petroläther extrahiert,, die organische Schicht getrennt, mit Wasser gewaschen und das Lösungsmittel durch Destillation entfernt. ■ ,

Die so erhaltene graue lestsubstanz wurde aus Heptan" und. 809808/07 11 ' -' " "^{: :}' - 11 -

dann aus Alkohol auskristallisiert und ergab 16 g eines Festkörpers mit einem Schmelzpunkt "bei 206⁰C.

Die Festsubstanz wurde weiter gereinigt durch Lösung in Petroläther und Schütteln zunächst mit verdünnter, wässriger Chlorwasserstoffsäure, dann mit verdünnter wässriger kaustischer Soda und endlich mit Wasser. Die Lösung wurde dann über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel durch Destillation entfernt.

Das so erhaltene Di-t-butyl-phenothiazin hat einen Schmelzpunkt bei 210⁰C und enthält 4,46$ Έ und 9,77$ S, der theoretische Wert ist 4,50$ N und 10,29$ S.

Beispiel 8

Herstellung von 3*7-Diootyl-phenothiazin Verwendung verachiedener Katalysatoren.

Herstellungsreihen von 3,7-Dioctgtl-phenothiazin wurden nach dem allgemeinen.Verfahren, entsprechend Beispiel 1, durchgeführt, aber Borfluoriddihydrat durch verschiedene Katalysator.-en ersetzt. Die Ergänisse dieser Versuche sind in Tabelle I zusammengefasst.

Tabelle I

Phenathiazin Katalysator Ausbeute Schmelzpunkt Katalysator in Mol in Mol in $ (°C)

BF5.2CH5OH	0,1	0,05	35	167,5
BF5.(C2H5),^	0,1	0,05	43	167-168
BF,.HF(40Gew^ in H2O)	0,1	0,05	39	167
	0,1	0,05	38	163
	&0 98	08/0711		- 12 -

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Herstellung von C-alkylierten heterocyclischen Verbindungen dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst die Umsetzung eines Alkene der allgemeinen formel:

   E-G
   ι

   wobei E ein gerader oder verzweigt-kettiger gesättigter Alkylrest mit 1 bis 9 Kohlenstoffatomen 1st, in Gegenwart Ton einem Borfluorid-Xatalysator, der im Wesentlichen aus einem Komplex von Borfluorid mit Wasser, einem Alkohol, ei~ aea lth©r oder einem Hitril besteht mit Phenothl&zia-oarfeazol oder-acridin,

   2« Y®rfahr©n gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator Bortrifluoriddihydrat verwendet wird.

   3« Terfahr@iä gmäas Anspruch 1 ader 2 ämtar&h, gekemuselohn@t₉ dass als Alken l3©i>u.%l@n, 2)iieobutyl©n oder

   4» Terfahrsn gemäs^ sinem der vorausg@gaugön©n Anspräcke dailmreh g@kennm@±cJmst? dass die Eeaktion in sinem nicht-polaren Eola,l©awassersi!offlö@usgsmittel durshg©filhrt wird.

   5. Yerf^bren gemäss Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass ale LSgiaagsmittel Heptan, Isooetan oder P©troläther verwendet wird.

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   6, Verfahren genäss einer der vorhergehenden Anspriiohe dadurch gekennseichnet, dass die Reaktion in Gegenwart eines organieohen Sulfonsäure-Ko-Katalysators durchgeführt wird, der in einer Mang· von t bis 10 Gew.$ bezogen auf das Gewicht der heterocyclischen Verbindung, vorhanden ist·

   erfahren sur Herstellung von Diootylphenothiazin> genas· prach 1 dadurch gekennzeichnet, dass als heterocyclische Verbindung Phenothiaain, als Alkendiis obutylen und der Katalysator in einer Menge von 0,2 bis 1,5 Mol des I-henothialins vorhanden ist.

   8, Verfahren sar Herstellung von C-alkylierten heterooyklisehen Verbindungen dadurch gekennzeichnet, wie im Wesentlichen in einem &er spezifischen Beispiele beschrieben»

   9. C-alkylierte heterocyclische Verbindungen dadurch gekenn-■eichnet, dass sie nach einem Verfahren der vorausgehenden Ansprüche hergestellt sind«

   a0980B/071