DE1770072C3

DE1770072C3 - Verfahren zur Herstellung von alpha chlorierten Derivaten von epsilon Caprolactam oder N substituiertem epsilon Caprolactam

Info

Publication number: DE1770072C3
Application number: DE1770072A
Authority: DE
Inventors: Toshiro Otsu Fukuda; Yoshihiro Kyoto Hayashi; Yasuo Kyoto Shibahara; Motoyuki Hirakata 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: 1973-10-31
Also published as: NL6804103A; GB1212078A; US3574192A; DE1770072A1; DE1770072B2

Description

phor, Phosphorverbindungen, Schwefelverbindungen oder deren Komplexe mit Metalihalogeniden). Wenn ein Α,α-didiloriertes 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 «-Monochlorderivat gewünscht wird, kann ' 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 obengenannten Fällen verwendet werden. Dies ist jedoch unwirtschaftlich, weil eine überschüssige Chlornsenge nicht umgesetzt wird. Wenn a-Monochlor-e-caprolactam gewünscht wird, können 0,5 bis 1,2 Mol Chlor, bezogen auf das ε-Caprolactam, verwendet werden. Eine Senkung der Reaktionstemperatur (z. B. —30⁰C bis 0⁰C) ist ebenfalls in Richtung der Dildung des o-monochlorierten Derivats wirksam.

Das Chlor wird im allgemeinen in Form von Gas verwendet und alimählich 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 «-chlorierten Derivats in hoher Ausbeute verläuft. Der zweite Vorteil besteht darin, daß das wertvolle Λ-monochlorierte Derivat direkt aus dem Caprolactam gebildet werden kann, wenn dies gewünscht wird.

Beispiel 1

28 g (0,25 Mol) ε-Caprolactam, 100 g Dimethylformamid und 0,5 g (0,016 Mol) roter Phosphor wurden in einen 300-ml-Kolben gegeben, in den Chlorgas unter Rühren bei einer Temperatur von 10 bis 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 Dimethylformamids 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-e-caprolactam, 6,5 g (Ausbeute 14%) «,«-Dichlor-ocaprolactam und 3,0 g ε-Caprolactam.

B ei s ρ i e 1 2

36 g (0,50 Mol) Chlor wurden auf die im. Beispiel 1 beschriebene Weise innerhalb von 2,5 Stunden bei einer Reaktionstemperatur von 25 bis 30⁰C in 28 g (0,25 Mol) ε-Caprolactam, 100 g Dimethylformamid und 0,5 g (0,016 Mol) roten Phosphor eingeführt. Das Gemisch wurde dann noch 10 Minuten bei der gleichen Temperatur gerührt, worauf das Reaktionsprodukt in Wasser gegossen wurde. Hierbei wurden 39 g kristallines «,«-Dichlor-e-caprolactam vom Schmelzpunkt 122 bis 124°C erhalten. Durch Extraktion der erhaltenen Mutterlauge mit Chloroform und Abdestillieren des Lösungsmittels wurden 5 g Kristalle erhalten (Ergebnis der Analyse: Gemisch aus 3 g «,a-Dichlor-e-caprolactam und 2 g /x-Monochlorf-caprolactam). Das Reaktionsprodukt enthielt somit 42 g (Ausbeute 92%) «,a-Dichlor-e-caprolactam und 2 g (Ausbeute 5%) ot-Monochlor-e-caprolactam.

Beispiel 3

27 g (0,38 Mol) Chlorgas wurden auf die im Beispiel 1 ίο beschriebene Weise innerhalb von 2 Stunden bei einer Temperatur von 10 bis 15°C zu 28 g ε-Caprolactam, 100 g Diäthylformamid und 3 g (0,025 Mol) Thionylchlorid gegeben. Das Gemisch wurde noch 20 Minuten bei der gleichen Temperatur gerührt. Dann wurde 11 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 %j ^,xDichlor-e-caprolactam und 13 g (Ausbeute 35%) -v-Monochlor-e-caprolactam.

Beispiel 4

12 g (0,165 Mol) Chlorgas wurden auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise bei einer Temperatur von 25 bis 30'C zu 33 g (0,15 Mol) N-Benzoyl-e-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-e-caprolactam vom Schmelzpunkt 120 bis 122 C erhalten wurden.

Beispiel 5

36 g (0,50 Mol) Chlorgas wurden auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise bei einer Temperatur von 25 bis 3O⁰C innerhalb von 4 Stunden zu 28 g e-Caprolaciam, 10 g Dimethylformamid, 100 g Chloroform und 3 g (0,02 Mol) Phosphoroxychlorid 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 83%) ft.'v-Dichlor-e-caprolactam erhalten.

Beispiel b

18 g Chlorgas wurden auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise bei einer Reaktionstemperatur von -10 bis —15'C zu 28 g ε-Caprolactam, 100 g Dimethylformamid und 3,5 g (0,01 Mol) Aluminiumphosphochlorid (AlPCl₈) gegeben. Nach 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%) n-Monochlor-e-caprolactam und 2,'3 g (Ausbeute 5%) Λ,λ-Dichlor-e-caprolactam enthielt.

B e i s ρ i e 1 7

Auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise wurden 36 g Chlorgas innerhalb von 2 Stunden bei einer Temperatur von 20 bis 30⁰C zu 28 g ε-Caprolaciam, 18 g (0,25 Mol) Dimethylformamid, 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 «,ot-Dichlor-e-caprolactam in einer Ausbeute von 42 g (92% der Theorie) erhalten.

Beispiele

Auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise wurden 36 g (0.51 Mol) Chlorgas innerhalb von 2 Stunden bei .20 bis 3O⁰C zu 28 g (0,25 Mo}) ε-Caprolactam, 36 g (0 50MoI) Dimethylformamid, 100 ml Monochlorbenzol und 2 g (0,02 Mol) Schwefeldichloriü gegeben. Das Gemisch "wurde bei der gleichen Temperatur noch 2 Stunden gerührt und dann nut Wasser gewaschen worauf das Monochlorbenzol abdestilhert wurde. Hierbei wurde ^«-Dichlor-ß-caprolactam in einer Ausbeute von 39 g (85% der Theorie) erhalten.

Claims

1 2

N-substituiertem ε-Caprolactam durch Chlorierung

Patentanspruch: von ε-Caprolactam oder von N-substituierten ε-Capro-

lactamen mit Chlor in Anwesenheit wenigstens eines

Verfahren zur Herstellung von «-chlorierten Ν,Ν-Di-niedrigalkyl- oder N-Niedrigalkyl-N-aralkyl-

Derivaten von ε-Caprol ictam oder N-substituier- 5 formamides ist dadurch gekennzeichnet, daß man die

tem ε-Caprolactam durch Chlorierung von ε-Ca- Chlorierung in Gegenwart von wenigstens einem

prolactam oder von N-substituierten ε-Capro- Vertreter der Reihe Phosphor, Phosphorhalogenide,

lactamen mit Chlor in Anwesenheit wenigstens eines Phosphoroxyhalogenide, Schwefelhalogenide, Schwe-

Ν,Ν-Di-niedrigalkyl- oder N-Niedrigalkyl-N-aral- feloxyhalogenide, Phosphorthiohalogenide und deren

kylformamides, dadurch gekennzeich-10 Komplexe mit Metallhalogenider. in einer Menge

net, daß man die Chlorierung in Gegenwart von von 0,5 bis 20 Molprozent, bezogen auf Caprolactam,

wenigstens einem Vertreter der Reihe Phosphor, vornimmt

Phosphorhalogenide, Phosphoroxyhalogenide, Als N-substituierte Caprolactame werden beispiels-

Schwefelhalogenide, Schwefeloxyhalogenide, Phos- weise die folgenden Verbindungen bevorzugt: N-Ben-

phorthiohalogenide und deren Komplexe mit 15 zoyl-e-caprolactam, N-Cyan-niedrigalkyl-f-caprolac-

Metallhalogeniden in einer Menge von 0,5 bis tarne (z. B. N-Cyanäthyl^-caprolactam), N-niedrig-

20 Molprozent, bezogen auf Caprolactam, vor- alkyl^-caprolactame (z. B. N-Methyl-c-caprolactam),

nimmt. N-niedrigacyl^-caproIactame (z. B. N-Acetyl-8-capro-

lactam) und deren Gemische.

20 Typische Beispiele von Ν,Ν-Di-niedrigafkyi-form-

amiden und N-niedrigalkyl-N-aralkylformamiden sind N,N-Dimethylformamid, Ν,Ν-Diäthylformamid und

Λ-Chlorderivate von f-Caprolactam oder N-sub- N-Methyl-N-benzylformamid und deren Gemisch:;, stituierten f-CaproIactamen werden als Arzneimittel Die Menge der genannten N,N-disubstituierten Formund Ausgangsprodukte für die Herstellung der ver- 25 amide ist nicht entscheidend wichtig, jedoch werden schiedensten organischen Chemikalien verwendet. vorzugsweise wenigstens 20 Molprozent, bezogen auf Beispielsweise sind a-Monochlor-f-caprolactam und das Caprolactam, verwendet. Bei Verwendung einer N-Benzoyl-A-monochlor-c-caprolactam wichtige Aus- großen Menge dient das Formamid gleichzeitig als gangsmaterialien für die Herstellung von Lysin. Lösungsmittel. Das Formamidderivat kann zusammen ίλ,Λ-DichIor-f-caprolactam wurde bisher durch Um- 30 mit anderen Lösungsmitteln, v»ie Chloroform, Dichlorsetzung von f-Caprolactam mit Phosphorpentachlorid äthan, Benzol, Toiuol und Chlorbenzol, verwendet hergestellt, und a-Monochlor-e-caprolactam wurde werden.

durch Dechlorierung von A,(\-Dichlor-8-caprolactam Typische Beispiele für Phosphor sind roter Phosphor hergestellt. Die N-substituierten ,-v-Chlor-s-caprolac- und gelber Phosphor. Als Phosphorhalogenide eignen tarne, z. B. N-Benzoyl-a-monochlor-e-caprolactam, 35 sich beispielsweise Phosphordichlorid, Phosphordikönnen be'.anntlich durch Umsetzung von N-Ben- jodid, Phosphortrifluorid, Phosphortrichlorid, Phoszoyl-i-caprolactam mit einem Chlorierungsmittel, phortribromid, Phosphortrijodid, Phosphordichlorz. B. Thionylchlorid, hergestellt werden. fluorid, Phosphorpentachlorid, Phosphorpentabrornid, Diese üblichen Verfahren zur Chlorierung der Phosphorpentajodid und Phosphordichlortrifluorid. Caprolactame in der ^-Stellung haben die Nachteile, 40 Als Phosphoroxyhalogenide eignen sich beispielsweise daß eine große Menge teurer Chlorier jngsmittel, wie Phosphoroxyfluorid, Phosphoroxychlorid, Phosphor-Phosphorpentachlorid oder Thionylchlorid, verwendet oxybromid und Phosphoroxyjodid. Geeignete Phoswerden muß, und daß es schwierig ist, das wertvolle phorthiohalogenide sind beispielsweise Phosphorthio-Λ-Monochlor-F-caprolactam direkt und selektiv her- chlond und Phosphorthiobromid. Ais Schwefelzustellen. 45 halogenide eignen sich beispielsweise Schwefelmono-Es ist ferner bekannt, ein Λ-chloriertes Derivat durch chlorid, Schwefeldichlorid, Schwefeltetrachlorid, Chlorierung von N-Benzoyl-e-caprolactam mit Chlor Schw-felmonobromid, Schwefelmonofluorid, Schweherzustellen. Bei diesem Verfahren ist jedoch die Aus- feldilluorid, Schwefelpentafluorid (S₂F₁₀) und Schwebeute an gewünschtem Produkt schlecht. felhexafluorid. Geeignete Schwefeloxyhalogenide sind Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung 50 beispielsweise Thionylfluorid, Thionylchlorid, Thionylvon \,«-Dichlor-£-caprolactam arbeitet mit Phosgen bromid, Thionylchlorfluorid (SOFCl), Sulfurylfluorid, in Gegenwart von Ν,Ν-Dialkylcarbonsäureamiden Sulfurylchlorid, Pyrosulfurylchlorid [(SOCI)₂O], SuI- oder N-Alkyllactamen, gefolgt von einer Behandlung furylbromid und Sulfurylbromfluorid. Geeignete Kommit Chlor und vorzugsweise in Gegenwart von Salz- plexe mit Metallhalogeniden sind beispielsweise der säure. Hierbei sind große Mengen von Phosgen und 55 Komplex von Aluminiumchlorid mit Thionylchlorid Chlor erforderlich, es entstehen erhebliche Mengen (2 AlCl₃ · SOCl₂) und der Komplex von Aluminium-Salzsäure als Nebenprodukt. Die Reaktion benötigt chlorid mit Phosphorpentachlorid (AlCl₃ · PCl₅). Auch außerdem drei Stufen, nämlich die Umsetzung mit Gemische von zwei oder mehreren Arten der genannten Phosgen, die Umsetzung mit Chlor und die Hydrolyse. Verbindungen können verwendet werden. Es werden Schließlich hat das Verfahren alle Nachteile, die mit 60 Phosphor, Phosphorhalogenide, Phosphoroxyhalogeder Verwendung des bekanntlich äußerst toxischen nide und Schwefeloxyhalogenide bevorzugt.
Phosgens verbunden sind. , Die Menge dieser Verbindungen beträgt 0,5 bis

Gegenstand der Erfindung ist ein neues Verfahren 20 Molprozent, bezogen auf das Caprolactam.

zur wirtschaftlichen und leichten Herstellung von Beim Verfahren gemäß der Erfindung variiert die

λ-Chlorderivaten von Caprolactamen in hoher Aus- 65 Chlormenge innerhalb eines weiten Bereichs (z. B. 0,5

beute, das die Nachteile der bekannten Verfahren bis 2,5 Molprozent, bezogen auf das Caprolactam)

vermeidet. Dieses Verfahren zur Herstellung von je nach dem gewünschten Produkt und der jeweiligen

α-chlorierten Derivaten von ε-Caprolactam oder noch vorliegenden anorganischen Verbindung (Phos-