DE1770072A1

DE1770072A1 - Verfahren zur Herstellung von alpha-chlorierten Caprolactamen

Info

Publication number: DE1770072A1
Application number: DE19681770072
Authority: DE
Inventors: Toshiro Fukuda; Yoshihiro Hayashi; Yasuo Shibahara; Motoyuki Suzuki
Original assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Current assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority date: 1967-03-30
Filing date: 1968-03-28
Publication date: 1972-04-13
Also published as: NL6804103A; DE1770072C3; US3574192A; DE1770072B2; GB1212078A

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 KÖLN-LINDENTHAL PETER-KINTGEN-STRASSE 2 1770072

Köln, den 22.3.1968 Eg/Ax

SANYO CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.,(a corporation of Japan, of No. 11-1, Ichinohashi-nomoto-cho, Higashiyama-ku, ) Kyoto, Japan

Verfahren zur Herstellung von α-chlorierten Caprolactamen

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von α-Chlorderivaten von £-Caprolactamen. cc-Chlorderivate von S-Caprolactam oder N-substituierten fe-Caprolactamen (nachstehend als "Caprolactame" bezeichnet) werden als Arzneimittel und Ausgangsprodukte für die Herstellung der verschiedensten organischen Chemikalien verwendet» Beispiels weise sind a~Monochlor—ü-caprolactam und N-Benzoyl-a-monochlor-i-caprolactam wichtige Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Lysin, das eine essentielle Aminosäure ist*

α,a-Diohlor-d-caprolactam wurde bisher durch Umsetzung von i'-Caprolactam mit Phosphorpentachlorid hergestellt, und Ä-Monochlor-t-caprolactam wurde durch Dechlorierung von α,α-Dichlor-f-caprolactam hergestellt. Die li-substituierten a-Chlor-£-caprolactame, z.B« li-Benzoyl-a-monochlor-t-caprolactam, können bekanntlich durch Umsetzung von N-Benzoyl-rfccaproIactarn mit einem Chlorierungsmittel, Z₀B₆ Thionylchlorid, hergestellt werden.

Diese üblichen Verfahren zur Chlorierung der Caprolactame in der α-Stellung haben die Nachteile, dai3 eine groi3e Menge teurer Chlorierungsmittel, wie Phosphorpentachlorid oder Thionylchlorid, verwendet werden muß, und daß es schwierig ist, das wertvolle a-Monochlor-fc-caprolactam direkt und

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selektiv herzustellen.

Es ist ferner bekannt, ein α-chloriertes Derivat durch Chlorierung von N-Benzoyl-6-caprolactam mit Chlor herzustellen. Bei diesem Verfahren ist jedoch die Ausbeute an gewünschtem Produkt schlecht.

Gegenstand der Erfindung ist ein neues Verfahren zur wirtschaftlichen und leichten Herstellung von a-Chlorderivaten von Caprolactamen in hoher Ausbeute. Dieses Verfahren ermöglicht die leichte Herstellung von a-Monochlorderivaten ■k sowie α,α-Dichlor- fc-caprolactam.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man C-Caprolactam oder N-substituierte £-Caprolactame mit Chlor in Gegenwart von 1) wenigstens einer anorganischen Verbindung aus der Gruppe Phosphor, Phosphorhalogenide, Phosphorojyhalogenide, Schwefelhalogenide, Schwefeloxyhalogenide, Phosphorthiohalogenide und deren Komplexe mit Metallhalogeniden und 2) wenigstens einem N,N-disubstituierten Formamid chloriert.

Als N-substituierte Caprolactame werden beispielsweise die folgenden Verbindungen bevorzugt: N-Benzoyl-fc-caprolactam, ^ N-Cyan-niedrigalkyl-f-caprolactarne (z.B, N-Cyanäthyl-S-caprolactam), N-Niedrigalkyl-£-caprolactame (z.B. N-Methyl-g-caprolactam), N-Hydroxy-niedrigacyl-f-caprolactame (z.B. N-Acetyl- £-caprolactam) und deren Gemische. Besonders bevorzugt als Caprolactame werden fc-Caprolactam und N-Benzoyl-6-caprolactam.

Typische Beispiele von Ν,Ν-disubstituierten Formamiden sind Ν,Κ-Di-niedrigalkyl-formamide (z.B. Ν,Ν-Dimethyl-, N₁N-Diäthylformamide), N-Niedrigalkyl-N-aralkylformamide (z.B. N-Methyl-N-benzylformamid) und deren Gemische,, Die Menge der Ν,Ν-disubstituierten Formamide ist nicht entscheidend wichtig, jedoch werden vorzugsweise wenigstens 20 Mol->o, bezogen auf das Caprolactam, verwendet. Bei Verwendung einer großen Menge dient das Formamid gleichzeitig als Lösungs-

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mittel. Das Formamid kann zusammen mit anderen Lösungsmitteln, wie Chloroform, Dichloräthan, Benzol, Toluol und Chlorbenzol, verwendet werden.

Typische Beispiele für Phosphor sind roter Phosphor und gelber Phosphor«, Als Phosphorhalogenide eignen sich beispielsweise Phosphordichlorid, Phosphordijodid, Phosphortrifluorid, Phosphortrichlorid, Phosphortribromid, Phosphortrijodid, Phosphordichlorfluorid, Phosphorpentachlorid, Phosphorpentabromid, Phosphorpentajodid und Phosphordichlortrifluorid. Als Phosphoroxyhalogenide eignen sich beispielsweise Phosphoroxyfluorid, Phosphoroxychlorid, Phosphoroxybromid und Phosphoroxyjodid. Geeignete Phosphorthiohalogenide sind beispielsweise Phosphorthiochlorid und Phosphorthiobromid. Als Schwefelhalogenide eignen sich beispielsweise Schwefelmonochlorid, Schwefeldichlorid, Schwefeltetrachlorid, Schwefelmonobromid, Sc.hwefelmonofluorid, Schwefeldifluorid, Schwefelpentafluorid (S₂I¹Uq) und Schwefelhexafluorid. Geeignete Schwefeloxyhalogenide sind beispielsweise Thionylfluorid, Thionylchlorid, Thionylbromid, Thionylchlorfluorid (SOPCl), Sulfurylfluorid, Sulfurylchlorid, Pyrosulfurylchlorid /TSOCl)₂O/, SuIfurylbromid und Sulfurylbromfluorid. Geeignete Komplexe mit Metallhalogeniden sind beispielsweise der Komplex von Aluminiumchlorid mit Thionylchlorid (2AlCl^.SOCl₂) und der Komplex von Aluminiumchlorid mit Phosphorpentachlorid (AlCl,.PCIc). Auch Gemische von zwei oder mehreren Arten der genannten Verbindungen können verwendet werden. Als anorganische Verbindungen werden hiervon Phosphor, Phosphorhalogenide, Phosphoroxyhalogenide und Schwefeloxyhalogenide bevorzugt.

Die Menge dieser Verbindungen beträgt vorzugsweise 0,5 bis 20 Mol->, bezogen auf das Caprolactam. Bei Verwendung einer größeren henge treten jedoch keine Schwierigkeiten bei der Reaktion auf«

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Beim Verfahren gemäß der Erfindung variiert die Chlormenge innerhalb eines weiten Bereichs (z.B. 0,5 bis 2,5 Mol-#, bezogen auf das Caprolactam) je nach dem gewünschten Produkt und der jeweiligen anorganischen Verbindung (Phosphorverbindungen oder Schwefelverbindungen). Wenn ein α,α-dichloriertes Derivat gewünscht wird, kann die Chlormenge 2 MoL oder etwas mehr (z.B. 2 bis 2,5 Mol) pro Mol Caprolactam betragen. Wenn ein N-substituiertes a-Monochlorderivat gewünscht wird, käan die äquivalente molare Menge oder eine etwas größere Menge Chlor (z.B. 1 bis 1,5 Mol), bezogen auf das Caprolactam, verwendet werden. Gegebenenfalls kann eine größere Chlormenge in den beiden oben genannten Fällen verwendet werden. Dies ist jedoch unwirtschaftlich, weil eine überschüssige Chlormenge nicht umgesetzt wird. Wenn a-Monochlor-fc-caprolactam gewünscht wird, können 0,5 bis 1,2 Mol Chlor, bezogen auf das ί-Caprolactam, verwendet werden. Eine Senkung der Reaktionstemperatur (z.B. -30° bis O⁰C) ist ebenfalls in Richtung der Bildung des a-monochlorierten Derivats wirksam.

Das Chlor wird im allgemeinen in Form von Gas verwendet und allmählich dem Caprolactam zugesetzt. Es kann auch als Lösung in einem organischen Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, verwendet werden.

Die Reaktionstemperatur ist nicht entscheidend wichtig,und beträgt im allgemeinen -30 bis 150⁰C, vorzugsweise -30 bis 50⁰C. Die Reaktion wird im allgemeinen bei Normaldruck durchgeführt. Sie kann jedoch auch bei vermindertem oder erhöhtem Druck durchgeführt werden.

Der erste Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Chlorierung glatt unter Bildung eines α-chlorierten Derivats in hoher Ausbeute (85 bis 95$, bezogen auf verbrauchtes Caprolactam) verläuft« Der zweite Vorteil besteht darin, daß ein wertvolleres a-monochloriertes Derivat direkt aus dem Caprolactam gebildet werden kann,

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wenn dies gewünscht wird. Wie bereits erwähnt, war es beim üblichen Verfahren notwendig, ein aus dem fc-Caprolactam und einem Chlorierungsmittel erhaltenes α,α-dichloriertes Derivat zu dechlorieren. Der dritte Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Reaktionstemperatur, so niedrig gewählt werden kann, daß das N,D-disubstituierte Formamid ohne wesentliche Zersetzung gewonnen werden ka_nn. Bei hoher Temperatur wird das Formamid zum Teil zersetzt.

Beispiel 1

28 g (0,25 Mol) t-Caprolactam, 100 g Dimethylformamid und 0,5 g (0,016 Mol) roter Phosphor wurden in einen 300 ml-Kolben gegeben, in den dann Chlorgas unter Rühren bei einer Temperatur von 10-15°C eingeführt wurde. Wenn das Gewicht um 18 g (0,25 Mol) gestiegen war, wurde die Einführung von Chlor abgebrochen. Anschließend wurde noch 30 Minuten bei der gleichen Temperatur gerührt. Anschließend wurde das Reaktionsprodukt in Wasser gegossen und mit Chloroform extrahiert. Durch Abdestillieren des Chloroforms und Dimethylformamide wurden 36 g einer öligen Substanz erhalten. Die Zusammensetzung dieser öligen Substanz wurde durch Chromatographie an einer Silicagelsäule ermittelt. Die ölige Substanz enthielt 24,5 g (Ausbeute 66$) a-Monochlor-fc-caprolactam, 6,5 g (Ausbeute 14$) a,a-Dichlor-£.~caprolactam und 3,0 g (Ausbeute 11$) i-Caprolactam.

Beispiel 2

36 g (0,50 Mol) Chlor wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise innerhalb von 2,5 Stunden bei einer Reaktionstemperatur von 25 bis 30⁰C in 28 g (0,25 Mol) i-Caprolactam, 100 g Dimethylformamid und 0,5 g (0,016 Mol) roten Phosphor geblasen. Das Gemisch wurde dann noch 10 Minuten bei der gleichen Temperatur gerührt, worauf das Reaktionsprodukt in Wasser gegossen wurde. Hierbei wurden 39 g kristallines

aprolactam vom S

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ajCt-Dichlor-i-caprolactam vom Schmelzpunkt 122-124⁰C er-

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halten. Durch Extraktion der Mu terlauge der Kristalle mit

Chloroform und Abdestillieren des Lösungsmittels wurden 5 g Kristalle erhalten. (Ergebnis der Analyse: Gemisch von 3 g (Xja-Dichlor-fccaprolactam und 2 g oc-Monochlor-fc-caprolactam). Das Reaktionsprodukt enthielt 42 g (Ausbeute 92$) α,α-Dichlor-C-caprolactam und 2 g (Ausbeute 5$) a-Monochlort-caprolactanie

Seispiel 3

27 g (0,38 Mol) Chlorgas wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise innerhalb von 2 Stunden bei einer Temperatur von 10 bis 15°C zu 28 g ir-CaproIac tarn, 100 g Diäthylformamid und 3 g (0,025 Mol) Thionylchlorid gegeben. Das Gemisch wurde noch 20 Minuten bei der gleichen Temperatur gerührt. Dann wurde 1 1 Chloroform zum Reaktionsprodukt gegeben« Das Produkt wurde mit Wasser gut gewaschen und das Chloroform abdestilliert. Hierbei wurden 38,5 g Kristalle erhalten, die durch Chromatographie analysiert werden. Das Reaktionsprodukt enthielt 25 g (Ausbeute 55$) α,α-Dichlor-fc-. caprolactam und 13 g (Ausbeute 35$) a-Monochlor-E-caprolactam.

Beispiel 4

12 g (0,165 Mol) Chlorgas wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise bei einer Temperatur von 25-30 C zu 33 g (0,15 Mol) N-Benzoyl-S-caprolactam, 100 g Dimethylformamid und 2 g (0,016 Mol) Thionylchlorid gegeben. Das Reaktionsprodukt wurde in Wasser gegossen, wobei 33 g (Ausbeute 88$) kristallines N-Benzoyl-a-chlor-fc-caprolactam vom Schmelzpunkt 120 bis 122⁰C erhalten wurden.

Beispiel 5

36 g (0,50 Mol) Chlorgas wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise bei einer Temperatur von 25 bis 30⁰C innerhalb von 4 Stunden zu 28 g £-Caprolactam, 10 g Dimethylformamid, 100 g Chloroform und 3 g (0,02 Mol) Phosphoroxy-

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chlorid gegeben. Das Gemisch wurde dann noch 30 Minuten bei der gleichen Temperatur gerührt. Das Reaktionsprodukt wurde mit Wasser gewaschen und das Chloroform abdestilliert» Hierbei wurden 38 g (Ausbeute &"$$>) α,α-Dichlor-i-caprolactam erhalten„

Beispiel 6

18 g Chlorgas wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise bei einer Reaktionstemperatur von -10 bis ~15°C zu 28 g t-Caprolactam, 100 g Dimethylformamid und 3,5 g (0,01 Mol) Aluminiumphosphochlorid (AlPCIg) gegeben. Das letztere war nach der Methode von Georg, Brauer "Handbuch der präpara- Jj tiven anorganischen Chemie" hergestellt worden» liach der Zugabe wurde noch 30 Minuten bei der gleichen Temperatur gerührt« Das Reaktionsprodukt wurde in Wasser gegossen und mit Chloroform extrahiert, wobei 35»5 g einer kristallinen Substanz erhalten wurden. Die Analyse durch Chromatographie ergab, daß die kristalline Substanz 30 g (Ausbeute 82$) a-Monochlor-i-caprolactam und 2,3 g (Ausbeute 5$) α,α-Dichlorfc-caprolactam enthielt.

Beispiel 7

Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurden 36 g Chlorgas innerhalb von 2 Stunden bei einer Temperatur von 20 bis 30⁰C zu 28 g i-Caprolactam, 18 g (0,25 Mol) Dimethylforma- i mid, 100 ml Benzol und 3 g (0,01 Mol) Phosphortribromid gegeben. Das Gemisch wurde noch weitere 30 Minuten bei der gleichen Temperatur gerührt und mit Wasser gewaschen, worauf das Benzol abdestilliert wurde. Hierbei wurde α,α-Dichlor-fccaprolactam in einer Ausbeute von 42 g (92fa der Theorie) erhalten.

Beispiel 8

Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurden 36 g (0,51 KoI) Chlorgas innerhalb von 2 Stunden bei 20-3O⁰C zu 28 g (0,25 Mol) fc-Caprolactam, 36 g (0,50 Mol) Dimethylformamid ,

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dinal '--icfooted

100 ml Monochlorbenzol und 2 g (0,02 Mol) Schwefeldichlorid gegeben* Das Gemisch wurde bei der gleichen Temperatur noch 2 Stunden gerührt und dann mit Wasser gewaschen, worauf das Monochlorbenzol abdestilliert wurde. Hierbei wurde α,α-Dichlor-f-caprolactam in einer Ausbeute von 59 g (85$ der Theorie) erhalten.

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Claims

Patentansprüche

1} Verfahren zur H«reteXl.ung iron i-ohXoriorten derivaten τβη i-CaproXmetwa od*r fi-eubetlt i«rt#a -Caprolactae, dadurch ßektnaatichnet, «Jaü «an -Gaprolactaa oder H-aubatituiert« -Caprolactaae mit Chlor in Gegenwart tob 1) «#nigst«na einer anorganischen Verbindung au* der

_v fboaphor-

thiohaloe»»id»n und deren ΚοβρΙβχβη ait HekftllhÄlogeald«n bestefeeödeu Gruppe and 2) wenigsten» einest

?ortaaml<l chXoritrt«

Z) YerteJhr«« aaob Anapruob 1, dadurch ßekennKöiohntt,

AXa H-aubetltuiertee ^-Cftprol»ctaa R-Bensoyl-,-caprolmc taa verwendet viva,

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geV.tti-aiöichntt, daß man »la N_fB-di*ub9tttuiertea Foreyaeld weniaaten->> «in

rsaai(i and/oütr ein N-^v vervondet.

4) Verfuhren nach Aneprach I₉ dadurch gekennseichnet» aaa aXa enorg*niecb# Verbindung rol*a fhoephor, thoaphor, Fhosphorohloride, Phoephoroxychlorld«, ü felcblorld« und Jch-*«feloxyehlorid· allein oder au n«brtren

5) Verfahren nach Anspruch 1_t dadurch g«k#nt>atelohn»t_t dad die üblorlerurig bei «In·? ^temperatur von «30 bis 150⁰O darohgefubrt wird·

6) Vorfahren nach Anarruoh I₉ ditduroh f«kennzeichnet, daß ei« r^olTerhältnie Ton ChXor *u -Cnprclnctma od«r U-eubatituiert*ia ,-C?

wend#t wird»

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7) Vorfahren nach Anepruoh 1, dadurch gekennseiehnet, daß »an die anorganische Verbindung in einer Menge von 0,5 bie 20 Mol- und das £,K~diaubstltulerte Forvmnid in einer Menge von wenig»tena 20 Mol-;«» beeogen auf da« c-Ceprolaatam oc t*r N-3ubatituicrt<? _ -Ceprolactn», verwendet·

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