DE1568383C3 - Verfahren zur Herstellung von ungesättigten carbonylgruppenhaltigen Nitrilen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von ungesättigten carbonylgruppenhaltigen NitrilenInfo
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Description
Die Kondensation kann mit der stöchiometrischen Menge des Ketons durchgeführt werden, es kann aber
auch ein Überschuß von Aldehyd bzw. Keton verwendet werden. Die Anwesenheit von indifferenten Lösungsmitteln,
wie z. B. Äthern oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, kann mitunter günstig sein.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können u. a. die folgenden ungesättigten Aldo- bzw. Ketonitrile
hergestellt werden:
4,4-Dimethyl-6-cyanhexen-(2)-al-(l), 2,4,4-Trimethyl-6-cyanhexen-(2)-al-( 1),
4,4-Dimethyl-2-phenyl-6-cyanhexen-(2)-al-( 1), Beispiele
5,5-Dimethyl-7-cyan-hepten-(3)-on-(2), 3,5,5-Trimethyl-7-cyan-hepten-(3)-on-(2),
2,6,6-Trimethyl-8-cyan-octen-(4)-on-(3), PhenyI-(3,3-dimethyl-5-cyan-penten-(l)-yl)-keton
und
2-(2,2-Dimethyl-4-cyan-butyliden)-cyclohexanon. Die Ausbeuten bei den genannten Kondensationsprodukten
liegen meistens oberhalb von 60%, bezogen auf umgesetzten DCBA.
Die gemäß der Erfindung hergestellten Verbindungen lassen sich als Stabilisatoren, z. B. für Salpetersäureester,
verwenden.
Vers. | Mole | Mole | Aldehyd | Mol% Kond. | auf | Mole Lös.- | Konden | Konden | % Umsatz | % Ausbeute, |
Nr. | DCBA | bzw. | Keton | Mittel (bzw. | Mittel | sations | sations - | DCBA | bez. auf um | |
DCBA) | temperatur | dauer | gesetzten | |||||||
DCBA | ||||||||||
"C | h | |||||||||
13,5 Aceton 10 Aceton 1 Aceton 1 Aceton
15 Aceton 1 Aceton 1 Aceton 1 Aceton
0,8 KOH 0,5 KOH 6,6 Na2CO3
0,6 Benzyl-Dimethyl- ammonium hydroxyd
1,75 Ba(OH)2 0,42 NaOCH3
0,1 KOH
0,05 K-tert.-butylat
Lewatit M 0,9 KOH
1,39 H2O
5,55 H2O 0,1 CH3OH
2 C6C6
9 10 10 Aceton
10 10 lOMethyl-
äthylketon
11 1 1,1 Methyl- 0,3 KOH
isopropylketon
12 1 1 Methyl- 3,5 KOH
isobutylketon
13 11 Aceton- 3,5 KOH
pher.on
14 1 1 Aceton 2 NaH
15 11 Aceton 2,5 NaNH2
16 3 3,2 Acet- 0,66 KOH
aldehyd
a)5,5-Dimethyl-7-cyan-hepten-(3)-on-(2), Kp. H,: 95-96"C.
Ci(IHi5NO(MoI-GeW. 165)
Ber.: C 72,7, II 9,1, N 8,5;
gef: C 72,46, H 9,22, N 8,46. 2,4-Dinitrophenylhydrazon Fp. 144"C (aus Äthanol)
Ben: N 20,25; gel".: N 20,30.
b)9,5% des umgesetzten DCBA wurden als 5,5-Dimethyl-6-acetonylpiperidon-(2)
(Fp. 105"C aus Cyclohexan) isoliert. C|0H,7NO2(Mol-Gew. 183)
Ber.: C 65,5, H 9,30, N 7,65; gef.: C 65,75, H 9,45, N 9,29
c)3,5,5-Trimethyl-7-cyan-hcpten-(3)-on(2), Kp.(i5: 109"C.
C||H,7NO (Mol-Gew. 179) Ber.: C 73,7, H 9,50, N 7,83;
gef: C 74,09, H 9,90, N 7.57.
d)2,6,6-Trimethyl-8-cyan-octcn-(4)-on-(3), Kp.0.2: 140- 142"C.
C|2H,9NO (Mol-Gew. 193)
Ber.: C 74,6, H 9,84, N 7,25; gef: C 74,28, H 10,2, N 7,87.
20
5
5
74-82
40
40
40
30
25
30
30
25
30
77-83
30
30
20
40
40
40
40
- 5
-10
30
5,5
25
6
6
4
2,5
2,5
48 63 24 44
76 91 78
70 79
80
66,5
60
2,5 | 50 |
5 | 44 |
6 | 16 |
55,9:1)
61,1
59,2
54,2
42,0 40,5 60,5 59,1
58,0b) 52,0c)
60,5d) 56,8°)
70,0')
33,0 36,1 65
e)2,7,7-Trimethyl-9-cyan-nonen-(5)-on-(4) oder 3-Isopropyl-5,5-dimethyl-7-cyan-hepten-(3)-on-(2),
Kp.()2: 156-158 1C.
CnH2,NO (Mol-Gew. 207)
CnH2,NO (Mol-Gew. 207)
Ber.: C 75,36, H 10,15, N 6,76;
gef.: C 75,23, H 10,17, N 6,69. f) Phenyl-(3,3-dimethyl-5-cyan-pentcn-( 1 )-yl-)-keton,
Kp.,l4: 174-178"C.
C|5H|7NO (Mol-Gew. 227)
C|5H|7NO (Mol-Gew. 227)
Ber.: C 79,2, H 7,50, N 6,16;
gef.: C 79,14, H 7,66, N 6,73.
g)4,4-Dimethyl-6-cyanhexen-(2)-al-(l), Kp.!2: 163-166X.
C1)HuNO(MoI-GeW. 115)
Ber.: N 9,28;
gef.: N 9,42.
Beispielgebend für die Kondensation und Aufarbeitung ist nachfolgend die der Beispiele 1, 5, 9 und 16
beschrieben:
1250 g DCBA werden in einem Sulfierkolben mit gut gehendem Rührer mit 780 g Aceton vermischt und unter
Kühlung 15 g 30%ige wäßrige KOH langsam zugetropft. Das Zutropfen wird so geregelt, daß bei
laufender Außenkühlung mit fließendem Wasser die Reaktionstemperatur 200C nicht übersteigt. Nach
kurzer Reaktionszeit (30 Min.) nimmt die Mischung eine gelbliche Färbung an. Nach 5'/2 Stunden wird mit 1 :1
verdünnter HCl angesäuert bis pH 5, das Salz mit Wasser ausgewaschen und die verbleibende organische
Phase im Vakuum fraktioniert. Der Vorlauf, bestehend aus Resten Aceton, Wasser und wenig DCBA, wird mit
der Wasserstrahlpumpe abgezogen, der Rückstand bei 4 Torr destilliert. Zwischen 43 und 95°C geht die
Hauptmenge des nicht umgesetzten DCBA über (633 g), nach einer kleinen Zwischenfraktion von 38 g bei 95 bis
125°C siedet das rohe 5,5-Dimethyl-7-cyan-hepten-(3)-on-(2)
bei 120 bis 180° C. Durch Fraktionierung über
eine Kolonne werden 440 g Dimethyl-cyanheptenon vom Kp.j: 95 bis 98° C erhalten. Das 2,4-Dinitrophenylhydrazon
wird durch Zugabe von phosphorsaurer, äthylalkoholischer Lösung von 2,4-Dinitrophenylhydrazin
zu der alkoholischen Lösung des Dimethylcyan-heptenons
gefällt. Fp. 144° C (aus Äthanol).
1250 g DCBA werden in einem Kolben mit Rührer, Rückflußkühler und Tropftrichter mit 870 g Aceton auf
40°C erwärmt. Bei dieser Temperatur wird unter lebhaftem Rühren eine Dispersion von 30 g Ba(OH)2 in
110 g Wasser so zugegeben, daß die Temperatur 40° C
nicht übersteigt. Nach insgesamt 25 Stunden bei 40°C wird abgekühlt, das Bariumhydroxyd durch Einleiten
von Kohlensäure als Karbonat gefällt, abfiltriert und mit Aceton ausgewaschen. Aus dem Filtrat werden Aceton
und Wasser unter Normaldruck geringe Mengen DCBA mit restlichem Wasser bei 40° C und 0,5 Torr abdestilliert.
Aus dem Rückstand von 1360 g werden bei 195°C/0,5mm mittels eines Rotationsverdampfers
823 g destillierbarer Anteil abgetrennt, der aus 300 g (2,4 Mol) nicht umgesetztem DCBA und 523 g 5,5-Dimethyl-7-cyan-hepten-(3)-on-(2)
besteht.
400 ml Ionenaustauscher Lewatit M 600 (mit 10%iger NaOH frisch aktiviert und mit Wasser ausgewaschen),
1250 g DCBA und 580 g Aceton werden in einem Kolben mit Rührer und Rückflußkühler erhitzt. Der
Rückfluß beginnt bei 77° C Sumpftemperatur. Bei Erreichen einer Sumpf temperatur von 83° C nach 4
Stunden wird abgekühlt und vom Ionenaustauscher abfiltriert. Anschließend werden die niedrigsiedenden
Anteile im Wasserstrahlvakuum bis zu einer Sumpftemperatur von 90° C abdestilliert. Durch Fraktionierung
bei 3 Torr werden zwischen 60 bis 90° C 300 g nicht umgesetzter DCBA (2,4 Mol) und zwischen 90 und
150° C 632 g rohes 5,5-Dimethyl-7-cyan-hepten-(3)-on-(2) erhalten. Aus letzterem werden 610 g Reinsubstanz
vom Kp.,: 94 bis 98° C erhalten. Oberhalb 150° C (Hauptmenge 180°C/1 Torr) destillieren HOg einer
viskosen Substanz, die in der Vorlage kristallin erstarrt und nach Umkristallisieren aus Cyclohexan bei 105°C
schmilzt. Das Infrarotspektrum deutet auf das Vorhandensein von Piperidon hin.
Beispiel 16
In einem Kühlbad stehenden Kolben mit Tropftrichter, Rührer und Rückflußkühler werden 375 g DCBA bei
-5° mit 2,24 g 50%iger KOH vermischt und hierauf 140,8 g frisch destillierter Acetaldehyd innerhalb von 4
Stunden so zugetropft, daß die Reaktionstemperatur
ίο von 30°C nicht überschritten werden. Nach weiteren 2
Stunden bei 30° C wird mit verdünnter Salzsäure schwach angesäuert (pH 5), nach Zusatz von 30 ml H2O
und 50 ml Benzol die organische Phase abgetrennt, die wäßrige Phase noch 3mal mit je 50 ml Benzol
ausgeschüttelt und die vereinigten Benzollösungen über eine kurze Kolonne fraktioniert.
Nach Entfernung von nicht umgesetztem Acetaldehyd, anhaftendem Wasser und Benzol unter Normaldruck
werden bei Kp.,5: 115 bis 125°C 315 g DCBA zurückgewonnen (entsprechend einem Umsatz von
16%). Nach kurzem Vorlauf destillieren bei Kp.i2: 163
bis 166°C 47,1 g über (Ausbeute 65% der Theorie, bezogen auf umgesetzten Cyanbutyraldehyd).
Beispiel 17
In eine gut gerührte Mischung von 1000 g Cyclohexanon
und 50 ml 50prozentige Kalilauge wurden bei Zimmertemperatur im Laufe von 2 Stunden 1250 g
öc.a-Dimethyl-y-cyan-butyraldehyd eingetropft. Die Mi-
o schung wurde anschließend 6 Stunden auf 48°C erhitzt
und nach Abkühlen mit verdünnter Salzsäure neutralisiert. Aus der organischen Phase wurde durch
Vakuumdestillation eine Fraktion von Kp.0,35 145—161°C erhalten, aus welcher 2-(2,2-Dimethyl-4-cyanbutylidenj-cyclohexanon
auskristallisiert.
Schmp.54,5°C.
Schmp.54,5°C.
C13Hi9NO (Mol-Gewicht 205,3):
Ber.: C 76,05, H 9,32, N 6,82%;
gef.: C 75,78, H 9,14, N 7,02%.
gef.: C 75,78, H 9,14, N 7,02%.
Der besondere Wert der Verfahrensprodukte liegt nun darin, daß diese nach unserer Patentanmeldung P
15 43 516.2 zu Diaminen durch katalytische Hydrierung in Gegenwart von Ammoniak umsetzbar sind, welche
dieselbe Verzweigung und dasselbe Kohlenstoffgerüst besitzen, und diese Diamine wiederum zu Polyamiden
der Terephthalsäure umgesetzt werden können, welche die für Polyamide ungewöhnliche Eigenschaft der
Transparenz und zugleich der Kochfestigkeit aufweisen. Auch in den genannten Polyamiden ist die spezifische
Konfiguration und das Kohlenstoffgerüst Verfahrensprodukte erhalten.
Durch den folgenden Versuch in Verbindung mit dem Vergleichsversuch wird der Nachweis geführt, daß
durch die spezifische Struktur der verfahrensgemäß gewonnenen carbonylgruppenhaltigen Nitrile über die
Diamine Polyamide mit dieser spezifischen Struktur herstellbar sind, welche überlegene Eigenschaften
b0 gegenüber zum Anmeldetag bekannten Polyamiden
besitzen.
Diese Polyamine weisen durch die spezifische Struktur der Diaminkomponente ein glasklares Aussehen
auf und trüben auch nicht bei Temperaturen des
b5 kochenden Wassers.
Darüber hinaus sind diese Polyamide im Gegensatz zu bekannten Polyamiden kochbeständig und formbeständig
bei der Siedetemperatur des Wassers.
Weiterhin ist die Beständigkeit der genannten Polyamide gegenüber Äthanol als Lösungsmittel ungewöhnlich
hoch.
Versuch
16,6 g Terephthalsäure wurden in 25 ml Methanol-Wasser-Gemisch (je 1 Volumenteil) aufgeschlämmt,
17,2 g 4,4-Dimethyl-l,7-diaminooctan zugegeben, das Gemisch zum Siedepunkt erhitzt und tropfenweise
weiteres Methanol-Wasser-Gemisch so lange zugegeben, bis eine klare Lösung entstanden war. Diese wurde
abgekühlt, 100 ml Benzol zugesetzt, 30 Min. bei 5° C gerührt und filtriert. Das so erhaltene Salz wurde mit
kaltem Benzol gewaschen und im Vakuum bei 50° C getrocknet. Die Ausbeute betrug 31 g entsprechend
91,6% der Theorie.
20 g dieses Salzes wurden mit 10 g ausgekochtem, destilliertem Wasser unter Reinstickstoff in ein Bombenrohr
eingeschmolzen, das Rohr in einen Autoklav, der teilweise mit Wasser gefüllt war, luftdicht
eingeschlossen und der Autoklav samt Inhalt 2V2 Stunden unter dem sich einstellenden Wasserdampfdruck
für 3 Stunden auf 2250C erhitzt. Nach dem
Abkühlen wurde das Bombenrohr aus dem Autoklav genommen, geöffnet und das darin enthaltene Vorkondensat-Wasser-Gemisch
in einen Destillierkolben mit Rührer übergeführt. Nach mehrmaligem Spülen des Kolbens mit Reinstickstoff wurde die Temperatur im
Verlauf von 3 Stunden auf 2700C gesteigert und 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, wobei die
Schmelze zunehmend zäher wurde. Anschließend wurde noch für 30 Min. ein Vakuum von ca. 10 Torr
angelegt. Die hochviskose Schmelze erstarrte beim Abkühlen zu einer glasklaren farblosen Masse, deren
Vicat-Werte 169° C betrugen. Die relative Viskosität
einer lgew.-°/oigen Lösung in Schwefelsäure, bestimmt bei 25° C im Kapillarviskosimeter, betrug 2,3.
Das Polymere wurde mittels einer hydraulischen Presse zu einer ca. 0,2 mm starken Folie verformt. Nach
einstündigem Kochen im Wasser wurden keine Veränderungen des Produkts durch Schrumpfen oder
durch Trübung festgestellt.
Zum Vergleich wurde ein Polyamid aus 16,6 g Terephthalsäure, 14,2 g eines Gemisches aus 3,5,5- und
3,3,5-Trimethylhexamethylendiamin und 2,6 g Hexamethylendiamin
hergestellt. Das Vergleichsmuster wies beim Kochen (nach ca. 20 Min.) Trübungen auf und war
nach 1 stündiger Kochzeit mit Blasen durchsetzt und zusammengeklebt.
Beim Kochen in Äthanol trübte sich das erfindungsgemäß hergestellte Muster, behielt jedoch seine
ursprüngliche Form bei, während das Vergleichsmuster teils gelöst, teils zu einer klebrigen Masse zusammengesintert
war.
909 611/12
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von ungesättigten, carbonylgruppenhaltigen Nitrilen der allgemeinen FormelCH3 R1 ONC-CH2-CH2-C-CH=C-C-R2 CH1in der Ri und R2 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit höchstens 4 Kohlenstoffatomen oder ein Phenylrest darstellt oder Ri und R2 einem gemeinsamen Cyclohexanon-Ring angehören, d a durch gekennzeichnet, daß man α,α-Dimethyl-y-cyan-butyraldehyd mit reaktionsfähigen Methylen- oder Methylgruppen enthaltenden Aldehyden und Ketonen in an sich bekannter Weise in Gegenwart basischer Kondensationsmittel umsetzt.25Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ungesättigten, carbonylgruppenhaltigen Nitrilen der allgemeinen FormelCH,R1 ONC-CH2-CH2-C- CH =C—C —R2
CH13035in der R( und R2 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit höchstens 4 Kohlenstoffatomen oder ein Phenylrest darstellt oder Ri und R2 einem gemeinsamen Cyclohexanon-Ring angehören, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man α,α-Dimethyl-y-cyan-butyraldehyd mit reaktionsfähigen Methylen- oder Methylgruppen enthaltenen Aldehyden und Ketonen in an sich bekannter Weise in Gegenwart basischer Kondensationsmittel umsetzt. 4*5Es ist bekannt (Houben — Weyl, Band 7, Teil 1, Seite 79/80), daß Aldehyde, die am a-C-Atom eine Verzweigung besitzen, Kondensationsreaktionen mit anderen Aldehyden, wie z. B. die Aldolkondensation mit nachfolgender Wasserabspaltung, wesentlich schwieri- -50 ger eingehen als in α-Stellung unverzweigte.Es ist für jeden Fachmann selbstverständlich, daß die Reaktionsfähigkeit bei noch stärkerer Verzweigung, d. h. bei einem Aldehyd mit einer an ein tertiäres C-Atom gebundenen Aldehydgruppe, noch weiter abnimmt. Bei Verwendung von Ketonen anstelle von Aldehyden als Reaktionspartner für in «-Stellung verzweigte Aldehyde ist mit einer weiteren Verlangsamung der Reaktion zu rechnen. Dementsprechend sind bisher ungesättigte Kondensationsprodukte von α,α-Di- b0 methyl-y-cyan-butyraldehyd (DCBA) nur mit Verbindungen mit sehr reaktionsfähigen Methylengruppen, wie Malonsäure oder Acetessigsäure, hergestellt worden. Es war daher nicht vorauszusehen, daß die Kondensation von a.a-Dimethyl-y-cyan-butyraldehyd b5 mit Carbonylverbindungen ohne besonders aktivierte Methyl- oder Methylengruppen gut verlaufen würde.Dies war um so mehr in Frage gestellt, als auch die neben der Nitrilgruppe stehende Methylengruppe mitreagieren konnte und somit eine die Ausbeute vermindernde Selbstkondensation des DCBA in Betracht gezogen werden mußte. Bei Verwendung von alkalischen Kondensationsmitteln war auch eine Umlagerung des DCBA in 5,5-Dimethyl-6-oxypiperidon-(2) zu erwarten. In Anwesenheit alkalischer Kondensationsmittel konnte weiter nicht ausgeschlossen werden, daß die mit Aldehyden und Ketonen evtl. gebildeten Kondensationsprodukte sich analog dem Kondensationsprodukt mit Malonsäure in Piperidonderivate umlagern wurden.Es war daher überraschend, daß Bedingungen gefunden werden konnten, unter denen sich α,α-Dimethyl-y-cyan-butyraldehyd unter Zurückdrängung der vielen möglichen Nebenreaktionen mit Aldehyden und Ketonen in guter Ausbeute zu den ungesättigten carbonylgruppenhaltigen Nitrilen kondensieren läßt.Für die Kondensation mit DCBA sind folgende Aldehyde und Ketone geeignet:Aliphatische Aldehyde, wie Acetaldehyd, Propionaldehyd, Butyraldehyd und Ketone, wie Aceton, Methyläthyl-, Methylisopropyl-, Methylisobutylketon, Cyclohexanon und aromatische Ketone, wie Acetophenon oder Desoxybenzoin.
Für das Gelingen der Kondensation war es erforderlich, Bedingungen anzuwenden, welche eine Verseifung der Nitrilgruppen nach Möglichkeit ausschließen. Als vorteilhaft erwies es sich, basische Kondensationsmittel unter vorsichtigen Temperaturbedingungen anzuwenden. Als, basische Kondensationsmittel kommen in Frage:Hydroxyde, Carbonate, Alkoholate, Hydride und Amide der Alkalimetalle, vorzugsweise des Natriums oder Kaliums, Hydroxyde oder Alkoholate der Erdalkalimetalle, wie z. B. des Bariums, tertiäre Amine, wie Triäthylamin, oder quaternäre Ammoniumverbindungen, wie das Benzyl-trimethylammoniumhydroxid, sowie bekannte Typen basischer Ionenaustauscher, wie Kunstharzionenaustauscher, z. B. auf Basis Polystyrol oder Styrol-Copolymerisaten mit Gehalten ionisierbarer Gruppen oder auf Basis synthetischer Zeolithe.Die Reaktionstemperatur wird bevorzugt zwischen -200C und 1000C gehalten, wobei in der Regel bei Verwendung von stark basischen Kondensationsmitteln eine niedrigere Kondensationstemperatur anzuwenden ist als bei einem schwächer basischen Kondensationsmittel. So hat es sich z. B. als zweckmäßig erwiesen, bei Verwendung von Kaliumhydroxyd oder Natriumalkoholat bei Temperaturen von -10° C bis 40° C zu arbeiten. Bei Verwendung von Bariumhydroxyd als Kondensationsmittel haben sich Temperaturen zwischen + 10 und 75°C und bei Verwendung von basischen Ionenaustauschern Temperaturen von 50— 100° C als günstig erwiesen.Die Menge des verwendeten Kondensationsmittels soll, abgesehen vom basischen Ionenaustauscher, zwischen 0,03 und 5 Mol-%, vorzugsweise zwischen 0,08 bis 3 Mol-%, bezogen auf den eingesetzten DCBA, betragen. Die Menge des basischen Ionenaustauschers kann im weiten Bereich variiert werden, je nachdem, ob der Ionenaustauscher zu dem Gemisch der Reaktionspartner gegeben oder ob dieses Gemisch kontinuierlich durch einen mit Ionenaustauscher gefüllten Reaktor geschickt wird. Der basische Austauscher behält seine Aktivität lange Zeit bei und kann gegebenenfalls in üblicher Weise regeneriert werden.
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1967
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