DE1670153B2

DE1670153B2 - Verfahren zur Herstellung von Hexahydro-pyrimidin-aldehyden

Info

Publication number: DE1670153B2
Application number: DE1670153A
Authority: DE
Inventors: Harro Dr. 6710 Frankenthal Petersen
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1966-09-30
Filing date: 1966-09-30
Publication date: 1975-04-24
Also published as: CH496712A; CH1299067A4; CH522653A; DE1670153A1; US3534034A; CH503033A; DE1670153C3; CH406870A4; GB1196026A; BE700538A

Description

in der entweder R₃ ein Wasserstoffatom, R₄ einen Methyl- oder Äthylrest und R₅ einen Methyl- oder n-Butylrest, R₃ einen Isopropylrest und R₄ und R₅ je einen Methylrest, oder R₃ einen 3-HeptyIrest, R₄ einen Äthylrest und R₅ einen n-Butylrest, R₆ einen Methyl- oderÄthylrest und R₇ einen Methyl-, n-Propyl- oder n-Butylrest und R₁ und R₂ entweder je einen Rest der allgemeinen Formel II

-CH₂-C-CHO

(II)

30

in der R₆ und R₇ die zuvorgenannte Bedeutung haben, oder einer der Reste R₁ oder R₂ einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und der andere einen Rest der allgemeinen Formel II und X ein Sauerstoff- oder Schwefelatom bedeuten, d a durch gekennzeichnet, daß man entweder

a) ein Hexahydro-pyrimidin der allgemeinen Formel III

45

R₉-N N-R₁₀ R ^(III)

50

in der die Reste R₃, R₄, R₅ und X die zuvorgenannte !Bedeutung haben, R₉ und R₁₀ Wasserstoffatome oder einer der Reste R₉ oder R₁₀ einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, R₁₁ Wasserstoff Oder einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten, mit Formaldehyd und einem Aldehyd tier allgemeinen Formel IV

55

R*
H — C-CHO

R₇

60 Stoffs der allgemeinen Formel III, in der die Reste R₉ und Ri₀ Wasserstoff bedeuten, im molaren Mengenverhältnis von Aasgangsstoff zu Formaldehyd zu Aldehyd der allgemeinen Formel IV von etwa 1:2:3, bei Verwendung eines Ausgangsstoffs der allgemeinen Formel III, in der einer der Reste R₉ oder Rj₀ einen Alkyirest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, bv molaren Mengenverhältnis von Ausgangsstofi : Formaldehyd zu Aldehyd der allgemeinen Formel IV von etwa 1:1:2, oder

b) ein Hexahydro-pyrimidin-Derivat der allgemeinen Formel V

(V)

R₁₂O-CH₂-N N-CH₂OR₁₂

in der die Reste R₃, R₄, R₅, R₁₁ und X die zuvorgenannte Bedeutung haben und R₁₂ Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, mit einem Aldehyd der allgemeinen Formel IV in einem molaren Mengenverhältnis von 1 :3 oder

c) ein Hexahydro-pyrimidin der allgemeinen Formel VI

(Vl)

R₁₃-N N-R₁

L-OR₁₁

R₄R₅

in der R₃, R₄, R₅, R₁₁ und X die zuvorgenannle Bedeutung haben, einer der Reste R₁₃ oder R₁₄ ein Wasserstoffatom und der andere den Rest — CH₂ — OR₁₂, worin R₁₂ die zuvorgenannte Bedeutung hat, bedeutet, mit Formaldehyd und einem Aldehyd der allgemeinen Formel IV in einem molaren Mengenverhältnis von etwa 1:1:3 in Gegenwart einer Säure und gegebenenfalls in Gegenwart eines Lösungs- und/oder Verdünnungsmittels bei einer Temperatur zwischen 40 und 10O⁰C umsetzt.

(IV)

in der die Reste R₆ und R₇ die zuvorgenannte Bedeutung haben, bei Verwendung eines Ausgangs-In einem Artikel in der Angew. Chem., Bd. 76(1964, S. 909), wird ein allgemeines Reaktionsschema für die Herstellung von Aminoplasten wiedergegeben und das dieser Reaktion zugrunde liegende allgemeine Prinzip der »Ureidoalkylierung« genauer untersucht.

Hierbei wird auch die Reaktion von 2 Mol Isobutyraldehyd mit einem Mol Harnstoff zu einem Hexahydro-pyrimidinderivat (Formel VII) beschrieben.

Am Beispiel der Umsetzung Acetaldehyd wird gezeigt,

von Harnstoff mit

NH

Bedeutung haben, R₉ und R₁₀ Wasserstoffatome oder einer der Reste R₉ oder R,_o einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, R_n Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten, mit Fonnaldehyd und einem Aldehyd der allgemeinen Formel IV

OH

(VII)

daß je nach pH, Molverhältnis verschiedene Ring-Strukturen und der klassische uffenkettige Aminoplast entstehen. Es war daher zu erwarten, daß bei der weiteren Umsetzung der Verbindung der Formel VII und strukturell verwandten Verbindungen mit Aldehyden komplexe Reaktionsgemische entstehen würden.

Es wurde jedoch gefunden, daß man Hexahydropyrimidin-aldehyde der allgemeinen Formel I

R₁-N N-R₂

R₃.

(D

R₄R.

^ C —CHO

R₇

30

in der entweder R₃ ein Wasserstoffatom, R₄ einen Methyl- oder Äthylrest und R₅ einen Methyl- oder n-Butylrest, R₃ einen Isopropylrcst und R₄ und R₅ je einen Methylrest, oder R₃ einen 3-Heptylrest, R₄ einen Äthylrest und R₅ einen n-Butylrest, R₆ einen Methyloder Äthylrest und R₇ einen Methyl-, n-Propyl- oder n-Butylrest und R, und R₂ entweder je einen Rest der allgemeinen Formel II

CH₂-C-CHO

R₇

(H)

45

H-C-CHO
R₇

(IV)

(III)

R₄R₅

in der die Reste R₃, R₄, R₅ und X die zuvorgenannte in der die Reste R₆ und R₇ die zuvorgenannte Bedeutung haben, bei Verwendung eines Ausgangsstoffs der allgemeinen Formel III, in der die Reste R₉ und R₁₀ Wasserstoff bedeuten, im molaren Mengenverhältnis von Ausgangsstoff zu Formaldehyd zu Aldehyd der allgemeinen Formel IV von etwa 1:2:3, bei Verwendung eines Ausgangsstoffs der allgemeinen Formel IiI, in der einer der Reste R₉ oder R₁₀ einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten, im molaren Mengenverhältnis von Ausgangsstoff zu Formaldehyd zu Aldehyd der allgemeinen Formel IV von etwa 1:1:2, oder

b) ein Hexahydro-pyrimidin-Derivat der allgemeinen Formel V

R₁₂O-CH₂-N N-CH₂OR₁₂

I— OR₁

(V)

in der die Reste R₃, R₄, R₅, R₁₁ und X die zuvorgenannte Bedeutung haben und R₁₂ Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, mit einem Aldehyd der allgemeinen Formel IV in einem molaren Mengenverhältnis von 1:3 oder c) ein Hexahydro-pyrimidin der allgemeinen Formel VI

in der R₆ und R₇ die zuvorgenannte Bedeutung haben, oder einer der Reste R₁ oder R₂ einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und der andere einen Rest der allgemeinen Formel II und X ein Sauerstoff- oder Schwefelatom bedeuten, auf sehr einfache Weise und in guten Ausbeuten erhält, wenn man

a) ein Hexahydro-pyrimidin der allgemeinen Formel III

R₁₃-N N-R₁,

(VI)

-OR₁

in der R₃, R₄, R₅, R_n und X die zuvorgenannte Bedeutung haben, einer der Reste R₁₃ oder R₁₄ ein Wasserstoffatom und der andere den ReSt-CH₂- OR₁₂, worin R₁₂ die zuvorgenannte Bedeutung hat, bedeutet, mit Formaldehyd und einem Aldehyd der allgemeinen Formel IV in einem molaren Mengenverhältnis von etwa 1:1: 3 in Gegenwart einer, Säure und gegebenenfalls in Gegenwart eines Lösungs- und/oder Verdünnungsmittels bei einer Temperatur zwischen 40 und 10O⁰C umsetzt.

Das Verfahren läßt sich z. B_% für die Umsetzung von 5,5-Dimethyl-4-hydroxy-hexahydro-pyrimidin mit Formaldehyd und Isobutyraldehyd durch folgende Reaktionsgleichung wiedergeben:

HN NH CH₃

+ 2CH₂O + 3 HC- CHO
CH₃

OH'

H₃C CH₃

CH₃ N-CH₂-C-CHO + 3 H₂O

9"* CH₃ —C-CHO

CH₃
CH₃

Beispielsweise lassen sich folgende Hexahydro- Geeignete Methylolverbindungen sind beispiels-

pyrimidin-Derivate als Ausgangsstoffe verwenden: 20 weise

4-Hydroxy-5,5-dimethyl-2-oxo-hexahydro-

pyrimidin,
4-Hydroxy-5,5-dimethyl-6-isopropyl-2-oxo-

hexahydro-pyrimidin,
4-Hydroxy-5-äthyl-5-butyl-6-isoheptyl-2-oxo-

hexahydro-pyrimidin
sowie die entsprechenden
-l-Hydroxy^-thio-hexahydro-pyrimidine.
Weitere geeignete Ausgangsstoffe sind beispielsweise
4-Methoxy-5,5-dimethyl-2-oxo-hexahydro-

pyrimidin,
4-Methoxy-5,5-dimethyl-6-isopropyl-2-oxo-

hexahydro-pyrimidin,
4-Äthoxy-5,5-dimethyl-6-isopropyl-2-oxo- .

hexahydro-pyrimidin
sowie die entsprechenden
4-Alkoxy-2-thio-hexahydro-pyrimidine.

Der Formaldehyd kann als wäßrige Lösung, als Paraformaldehyd oder in Form von Trioxan oder Formaldehydacetalen verwendet werden.

Von den Aldehyden der allgemeinen Formel IV sind insbesondere Isobutyraldehyd, 2-Methylpentanal und 2-Äthylhexanal geeignet.

Die gleiche Umsetzung eines 4-Hydroxy- oder 4-Alkoxy-hexahydro-pyrimidin-Derivats, in dem mindestens einer der Reste R₁ oder R₂ ein Wasserstoffatom bedeuten, mit Formaldehyd und einem Aldehyd der allgemeinen Formel IV in Gegenwart einer Säure ist verfahrensgemäß die einfachste und zugleich wirtschaftlichste Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist aber auch möglich, für die Umsetzung mit den Aldehyden der allgemeinen Formel IV die entsprechenden N-Monomethylol-, N-Alkoxymethyl- oder Ν,Ν'-Dimethylol- bzw. N,N'-DialkoxymethyI-verbindungen der 4-Hydroxy- oder 4-Alkoxy-hexahydropyrimidin-Derivate zu verwenden.

Hierbei kann man zunächst aus den 4-Hydroxy- oder 4-Alkoxy-2-oxo- bzw. 2-thio-hexahydro-pyrimidinen mit Formaldehyd die entsprechenden Monomethylol- oder Dimethylolverbindungen herstellen und diese in einer weiteren Reaktionsstufe mit einem Aldehyd der allgemeinen Formel IV in Gegenwart einer Säure umsetzen. Arbeitet man in Gegenwart eines Alkanols, so entstehen die entsprechenden AIkoxymethylverbindungen, die sich ebenfalls umsetzen lassen.

RN'-DimethyloM-hydroxy-S.S-dimethyl-

2-oxo-hexahydro-pyrimidin, RN'-Dimethylol^hydroxy-S.S-dimethyl-6-isopropyl-2-oxo-hexahydro-pyrimidin,

N-Methyl-N'-methylol^hydroxy-S^-dimethyl-

2-oxo-hexahydro-pyrimidin, N-MonomethyloM-hydroxy-S.S-dimethyl-6-isopropyl-2-oxo-hexahydro-pyrimidin, N,N -Dimethylol^methoxy-S^-dimethyl-

2-oxo-hexahydro-pyrimidin, N^'-Dimethoxymethyl^methoxy-S^-di-

methyl-2-oxo-hexahydro-pyrimidin sowie die entsprechenden Methylol- und Alkoxymethylverbindungen der

4-Hydroxy- und 4-Alk.oxy-2-lhio-hexahydro-

pyrimidine.

Als Säuren lassen sich z. B. trockener oder wäßriger Chlorwasserstoff, Schwefelsäure, Oxalsäure oder Benzolsulfonsäure verwenden.

Es ist zweckmäßig, die Reaktion in Gegenwart von Lösungs- und/oder Verdünnungsmitteln, wie Wasser, Tetrahydrofuran oder Dioxan, durchzuführen. Die Lösungs- und/oder Verdünnungsmittel können einzeln oder als Gemisch verwendet werden.

Die Umsetzung der Stoffe erfolgt im allgemeinen in den angegebenen M öl Verhältnissen. Geringe Abweichungen von diesen Molverhältnissen, z. B. bis zu 10 Molprozent, sind jedoch möglich.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um eine Kondensationsreaktion, die durch höheren Säurezusatz, gegebenenfalls zusammen mit einer Erhöhung der Reaktionstemperatur, beschleunigt werden kann. In vielen Fällen gelingt es bereits bei niedrigen Temperaturen, in Gegenwart größerer Säuremengen die gewünschten Hexahydro-pyrimidin-aldehyde zu erhalten. Andererseits ist es auch möglich, die Umsetzung bei höherer Temperatur in Gegenwart geringerer Säuremengen durchzuführen. Die Wahl der Temperatur richtet sich nach den jeweiligen Reaktionspartnern und kann bei Erhöhung des Säurezusatzes erniedrigt werden und umgekehrt.

Die nach dem Verfahren herstellbaren Verbindungen sind wertvolle Zwischenprodukte, z. B. für die Herstellung von Arzneimitteln und Lederhilfsmitteln. Die in den Beispielen angeführten Teile bedeuten Gewichtsteile.

Beispiel

In einer Rührapparatur mit Rückflußkühlung wird eine Mischung von 144 Teilen 2-Oxo-4-hydroxy-5,5-dimethyl - hexahydro - pyrimidin, 200 Teilen 30%iger wäßriger Formaldehydlösung und 216 Teilen Isobutyraldehyd mit 80 Teilen 50%iger wäßriger Schwefelsäure versetzt und 5 Stunden auf Rückflußtemperatur unter Rühren erwärmt. Im Verlauf der ersten 3 Stunden steigt die Rückflußtemperatur von 60° C auf etwa 85° C an. Nach Beendigung der Reaktion wird auf Raumtemperatur abgekühlt und mit verdünnter Natronlauge neutralisiert. Das entstandene Reaktionsprodukt wird mit Chloroform erschöpfend aus dem Reaktionsgemisch extrahiert. Nach Trocknen der Chloroformphase mit Natriumsulfat und Abdampfen des Chloroforms werden 290 Teile Rohprodukt erhalten, die im Hochvakuum fraktioniert destilliert werden. Die Fraktion, die zwischen 207 und 220° C bei 0,5 Torr übergeht, wird gesondert aufgefangen. Es werden 208 Teile 2-Oxo-5,5-dimethylhexahydro-pyrimidyl-1,3-dineopental-4-isobutyraldehyd erhalten.

Analyse für C₂₀H₃₄O₄N₂ (366):

Berechnet
gefunden .

C 65,6, H 9,3, N 7,65%;
C 65,4, H 9,5, N 7,4%.

Beispiel 2

Eine Mischung von 492 Teilen 2-Oxo-l,3-dimethoxymethyl - 4 - methoxy - 5,5 - dimethylhexahydropyrimidin, 432 Teilen Isobutyraldehyd und 100 Teilen konzentrierter Salzsäure wird in einer Rührapparatur mit Rückflußkühlung 5 Stunden auf Rückflußtemperatur erwärmt, wobei die Rückflußtemperatur im Verlauf von 3 Stunden von 70⁰C auf etwa 83°C ansteigt. Das Reaktionsgemisch wird mit verdünnter Natronlauge neutralisiert und mit Chloroform extrahiert. Die Chloroformlösung wird mit Natriumsulfat getrocknet und im Wasserstrahlvakuum eingedampft, wobei 742 Teile Rohprodukt erhalten werden. Die Reinigung erfolgt über eine fraktionierte Hochvakuumdestillation, wobei bei einem Druck von 0,5 Torr zwischen 209 und 220^DC 376 Teile 2-Oxo-5,5-dimethylhexahydro - pyrimidyl - 1,3 - dineopental - 4 - isobutyraldehyd erhalten werden. Das Produkt ist identisch mit dem nach Beispiel 1 erhaltenen Umsetzungsprodukt.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Heistellung von Hexahydropyrimidin-aldehyden der allgemeinen Formel 1

R₁-N N — R,

(D

R₄ R;

L-C-CHO R₇