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Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Pyrrolidonen-2 Die
vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Pyrrolidonen-2,
die am N-Atom durch gegebenenfalls substituierte Kohlenwasserstoffreste substituiert
sind.
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Es ist allgemein bekannt, derartige N-substituierte Pyrrolidone-2
z. B. durch Umsetzung der entsprechenden Lactone mit primären Aminen herzustellen
oder auch durch Umsetzung einer organischen Halogenverbindung mit einem Natriumpyrrolidon-2.
Diese und einige weitere spezielle Verfahren fuhren jedoch häufig nur zu unbefriedigenden
Ausbeuten oder lassen sich schlecht für die Herstellung einer größeren Zahl von
N-substituierten Pyrrolidonen-2 verallgemeinern.
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Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, N-substituierte
Pyrrolidone-2 nach einem neuen, universell anwendbaren Verfahren herzustellen.
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Es wurde gefunden, deS man N-substituierte Pyrrolidone-2 erhält, wenn
man am N-Atom unsubstituierte Pyrrolidone-2 mit einer Carbonylverbindung, die mindestens
4 C-Atome enthält, und mit Ameisensäure bei Temperaturen von 70 bis 220°C umsetzt.
Das
erfindungsgemäße Verfahren entspricht folgender Reaktionsgleichung :
Pyrrolidon-2 Carbonylver-(I) bindung (II)
N-substituiertes Pyrrolidon-2 (III) Hierin bedeuten R1 Wasserstoff oder einen-gegebenenfalls
substituierten Kohlenwasserstoffrest und R2 einen gegebenenfalls substituierten
Kohlenwasserstoffrest mit der Maßgabe, daß II mindestens 4 C-Atome enthält, wobei
R1 und R2 auch miteinander zu einem cyclischen Rest verbunden sein können.
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Als C-substituierte Derivate der Stammverbindung kommen vor allem
solche mit einem und daneben auch mit zwei Substituenten an den Ring-C-Atomen in
Betracht. Derartige Substituenten sind z. B. Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 15
C-Atomen und Alkoxygruppen mit 1 bis 5 C-Atomen.
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Beispiele für C-substituierte Verbindungen I dieser Art sind 3-Methylpyrrolidon-2,4-Methylpyrrolidon-2,5-Methylpyrrolidon-2,
4-Isobutylpyrrolidon-2, 4-Cyclohexyl-pyrrolidon-2, 4 « X-Phenyläthylpyrrolidon-2
und Hexahydrophthalamidin.
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Definitionsgemäße Carbonylverbindungen II sind sowohl Aldehyde (R1=H)
als auch Ketone (R1#H). Sofern R1 nicht Wasserstoff ist und sofern II mindestens
4 C-Atome enthält, können R und R2 beliebige Kohlenwasserstoffreste sein, die ihrerseits
Substituenten wie Halogenatome und Alkoxygruppen tragen können. Die Gesamtzahl der
C-Atome in II beträgt vorzugsweise 4 bis 20.
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Als Beispiele fUr Carbonylverbindungen II seien genannt : gesättigte
aliphatische Aldehyde mit 4 bis 20 C-Atomen wie Butyraldehyd, Isobutyraldehyd, Valeraldehyd,
2-Athylhexanal-1, Trichloracetaldehyd und Trichlorpropionaldehyd ; cycloaliphatische
Aldehyde mit vorzugsweise 5 bis 7 Ringgliedern wie Formylcyclohexan ; araliphatische
Aldehyde wie Phenylacetaldehyd und Zimtaldehyd ; aromatische Aldehyde wie Benzaldehyd,
o-, m-und p-Chlorbenzaldehyd, o-, m-und p-Methylbenzaldehyd, p-Methoxybenzaldehyd,
«-Naphthaldehyd und B-Naphthaldehyd ; aliphatisch-aliphatische Ketone wie Athylbutylketon
und Methylisobutylketon ;
aliphatisch-cycloaliphatische Ketone mit
vorzugsweise 5 bis 12.
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Ringgliedern im Cycloalkylrest wie Methylcyclohexylketon ; aliphatisch-araliphatische
Ketone wie Phenylaceton ; aliphatisch-aromatische Ketone wie Acetophenon, Propiophenon,
p-Methylacetophenon, p-Chloracetophenon und Phenyläthylketon ; cycloaliphatisch-cycloaliphatische
Ketone mit vorzugsweise 5 bis 6 Ringgliedern in den Cycloalkylresten wie Dicyclohexylketon
; cycloaliphatisch-araliphatische Ketone wie Cyclohexylbenzylketon ; cycloaliphatisch-aromatische
Ketone wie Phenylcyclohexylketon ; araliphatisch-araliphatische Ketone wie Dibenzylketon
; araliphatisch-aromatische Ketone wie Phenylbenzylketon ; aromatisch-aromatische
Ketone wie Benzophenon sowie iso-und heterocyclische Ketone mit 5 bis 8 Ringgliedern
wie Cyclopentanon, Cyclohexanon, Methylcyclohexanon und Cyclooctanon.
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Ganz allgemein ist das gute Gelingen des erfindungsgemäßen Verfahrens
von der Art der definierten Auegangsverbindungen I und II nicht erkennbar abhängig.
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Vorzugsweise führt man die Umsetzung bei Temperaturen zwischen 100
und 200°C aus, da sie in diesem Bereich genügend rasch und nur mit geringer Tendenz
zu Nebenreaktionen verläuft. Von Fall zu Fall können sich jedoch auch tefere oder
höhere Reaktionstemperaturen empfehlen.
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Da bei der Reaktion Kohlendioxid abgespalten wird, nimmt man sie zweckmäßigerweise
bei Normaldruck vor. Arbeitet man über dem Siedepunkt eines der Reaktionspartner,
so legt man die anderen Reaktionspartner vor und gibt die tiefer siedenden Reaktionspartner,
die alsbald verbraucht werden, zu. Ferner ist es, wie man aus der Reaktionsgleichung
ersieht, vorteilhaft, das entstehende Wasser destillativ zu entfernen.
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Die Reaktionspartner I, II und die Ameisensäure reagieren in stöchiometrischen
Mengenverhältnissen miteinander. Es kann jedoch zweckmäßig sein, die jeweils wohlfeileren
Komponenten zur Beschleunigung der Reaktion in einem bis zu etwa 10fachen molaren
Uberschuß anzuwenden.
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Weiterhin läßt sich die Umsetzungsgeschwindigkeit in vielen Fällen
durch Zusatz von 0,05 bis 3 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge des Reaktionegemisches,
einer schwerfldchtigen stsrken Säure, wie Schwefelsaure, Phosphorsäure oder p-Toluolsulfonendure
erhUhen.
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@ Man kann die Reaktion mit und ohne Löaungs-oder Verdünnungsmittel
ausfUhren. Ale Verdünnungsmittel eignen sich indifferente
organische
Flüssigkeiten wie Kohlenwasserstoffe und Äther.
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Die Aufarbeitung der Reaktionsgemische auf die Verfahrensprodukte
III kann wie üblich vorgenommen werden. Meistens läßt sich III destillativ isolieren
und reinigen.
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Die Verfahrensprodukte III sind wertvolle Zwischenprodukte für organische
Synthesen.
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Beispiele mI Mol eines Pyrrolidons-2 I, mII Mol einer Carbonylverbindung
II und mA Mol wasserfreie Ameisensäure wurden im Laufe von t Stunden bei T°C miteinander
umgesetzt. In einigen Fällen wurde die Reaktion durch Zusatz von bis zu 3 Gew. %
(bezogen auf die Gesamtmenge des Reaktionsgemisches) Phosphorsäure beschleunigt.
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Die so erhaltenen Reaktionsgemische wurden sodann in üblicher Weise
destillativ auf das N-substituierte Pyrrolidon-2 aufgearbeitet. Die Ausbeuten an
III betragen p %. Die Werte für die Elementaranalyse der Verfahrensprodukte stimmen
innerhalb Fehlergrenzen mit den berechneten Werten Uberein.
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In. der folgenden Übersicht sind die einzelnen Beispiele tabellarisch
zusammengestellt.
| BeispielPyrroli-Carbonylverbindung II m,'aure N-substituiertes
Lactam III |
| don-2I mI mII'mA T ew. |
| DMolt[MoJ [MoJ. h] °C]'" |
| 0 |
| 1 Pyrroli-2 Benzaldehyd 2 4 24 120 in |
| don-2-CH2- (3 |
| p = 67 |
| Sdp. 190°C/33 Torr |
| 0 |
| 2 Pyrroli-5 2-Athylhexanal-1 6 10 24 12C 11 |
| N-CH2-CH-C4H |
| C2H5 |
| C2H 5 |
| p = 73 % |
| Sdp.170°C/20 Torr |
| 0 |
| 3 Pyrroli-5 Acetophenon 8 10 24 120 0. 91 11 |
| don-2HP0, H |
| p = 48 % |
| p = 48 % |
| Sdp. 185-190°C/25 Torr |
| 11 |
| 4 Pyrroli-5 p-Methylbenz-5 10 24 120- » |
| don-2aldehyd |
| p = 86 % |
| Sdp. 205-207°C/26 Torr |
| BeispielPyrroli.-. Carbonylverbindung II m m t Tra N-substituiertes
Lactm II7 |
| don-2I I I J C A C J ew. % |
| moxa0l Mo h oc : |
| 5 Isobutyl 2 Benzaldehyd 2 4 48 160*) CH C'% N-CH2- |
| pyrroli-t 3 ;/ |
| don-2CH3-CH-CH2 |
| p = 67 % |
| Sdp. 221-224°C/22 Torr |
| 0 |
| 6 4-Propyl-0, 75 Benzaldehyd 1 2 36 160*)-N-CH-\ |
| pyrroli- |
| don-2 |
| 37 |
| p = |
| Sdp. 188-189°c/20 Torr |
| 0 C |
| 7 Pyrroli-0, 75 o-Chlorbenzal-1 2 36 160*) ct |
| don-2dehyd"N-CH- |
| \. J |
| p = 32 % |
| Sdp.178-180°C |
*) die Ameisensäure wurde bei 160°C zu den vorgelegten anderen Komponenten gegeben
| Beispiel Pyrroli-arbonylverbindung I aure N-substituiertes
Lactam III |
| , don-2 I I II mA t o ew. |
| ol olMolJhCC, |
| 0 |
| S4-Propyl-2p5 p-Methoxybenz-1 2 24 170*) N-CH-CH |
| pyrroli-aldehyd N-CH2--OCH3 |
| don-2 |
| p = 61 % |
| p = 61 |
| Sdp. 235-240°C/25 Torr |
| 0 |
| 9 Pyrroli-2, 5 Cyclohexanon 2, 5 5 24 5o ~ A |
| don-2 |
| p= 80 % |
| Sdp.163-165°C/28 Torr |
| 0 |
| 10Pyrroli-, 5 Cyclopentanon 2, 5 5 48 15-" |
| don-2y''\J |
| p= 41 % |
| Sdp. 108-113°C/0, 3 Torr |
*) die Ameisensäure wurde bei 160°C zu den vorgelegten anderen Komponenten gegeben
| BeispielPyrroli-Carbonylverbindung II aur N-substituiertes
Lactam III |
| * |
| 0 mu |
| 41 o CMol |
| 11 Hexahy-1 Hexahydrobenzaldehyd. 1 2 24 1 50 1 ~ CH2i |
| drophtha |
| amidin0 |
| p = 44 % |
| Sdp.145-1533 |
| ~ O |
| 12 4-Cyclo-1 Hexahydrobenzaldehyd 1 2 24 150 in |
| exylpyr-C^,-N-CH2- |
| rolidon-2 |
| p = 65 % |
| Sdp. 206-220°C/11 Torr |
| v |
| 0 |
| 13 4-Iso-1 Hexahydrobenzaldehyd 1 2 24 150 cl |
| butylpyr-N-CH2 |
| rolidon-2 |
| iso-C4H9 |
| p = 79 % |
| p = 79 |
| Sdp. 204-219OC/15 Torr |