DE1770477C3 - - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D201/00—Preparation, separation, purification or stabilisation of unsubstituted lactams
- C07D201/02—Preparation of lactams
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- Polyamides (AREA)
Description
NH
OO
(D
35
worin X und X' obige Bedeutung haben, in einem organischen polaren Lösungsmittel, welches mindestens
0,1 Mol/Liter eines Salzes eines Elementes der Gruppe IA oder HA des periodischen Systems
enthält, auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 13O0C erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung der allgemeinen
Formel I eingesetzt wird, in der X und X' mit Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen substituierte
Kohlenwasserstoffreste mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen in der zum Ring geschlossenen
Kette sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindung der allgemeinen
Formel I gegebenenfalls alkylsubstituiertes 1,1'- Peroxydicyclohexylamin eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein organisches
polares Lösungsmittel eingesetzt wird, das eine Dielektrizitätskonstante von größer als 20
bei 200C besitzt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als organische
polare Lösungsmittel eine aliphatische Mono- und/oder Polyhydroxyverbindung, ein Dialkyl-
oder Alkylarylketon, ein Aldehyd, ein Amid, Dimethylsulfoxyd, Tetrahydrothiophen -1,1 - dioxyd,
Nitromethan, Pyridin, Dibutylphthalat oder Mischungen dieser Verbindungen angewandt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lactamen der allgemeinen Formel
'5 NH
CO
worin X und X' gleiche oder verschiedene zweiwertige
aliphatische Radikale, welche einen Teil eines Ringes bilden und 4 bis 11 Kohlenstoffatome enthalten, darstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens 0,1 molare Lösung
einer Verbindung der allgemeinen Formel
NH
OO
worin X und X' obige Bedeutung haben, in einem organischen polaren Lösungsmittel, welches mindestens
0,1 Mol/Liter eines Salzes eines Elementes der Gruppe IA oder HA des periodischen Systems enthält,
auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 130° C erhitzt wird.
Verbindungen der Formel (I), im folgenden als Peroxyamine (I) bezeichnet, und Verfahren zu ihrer
Herstellung sind in der belgischen Patentschrift 701 327 beschrieben.
In jedem der Radikale X und X' kann die Anzahl Kohlenstoffatome, die ein Teil jedes der in Formel (I)
gezeigten Ringe bilden, von 4 bis 11 schwanken, d. h., die Gesamtzahl Kohlenstoffatom^ welche jeden der
Ringe bilden, liegt zwischen 5 und 12. Beispiele von Verbindungen nach Formel (I), die verwendet werden
können, sind diejenigen Verbindungen, in denen X und X' Radikale sind, deren jedes 4 bis 6 Kohlenstoffatome
im Ring hat. Beispiele solcher Verbindungen sind
RR
R Y
R R
NH
OO
R R
OO
R R
R
R
R
R R
R R
und b)
RR RR
R X NH X R
OO
RR
RR
R
R
R
RR X R
R R R R
und c)
Hierin bedeutet jedes der Radikale R Alkyl oder Wasserstoff. Alle Substituenten ir. einem Ring brauchen
nicht identisch zu sein. Zum Beispiel kann eine ■ier Gruppen R Methyl sein, die anderen Wasserstoff.
Die bevorzugten Verbindungen sind diejenigen, in Jenen jedes der Radikale R Wasserstoff oder Alkylgruppen
mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellt.
Spezifische Beispiele von Verbindungen, die eingesetzt werden können, sind Ι,Γ-Peroxydicyclopentylamin,
4,4' - Dimethyl -1,1' - peroxydicyclohexylamin, U'-Peroxydicyclohexylamin und U'-Peroxydicycloheptylamin.
Die Umsetzung wird in Gegenwart eines organischen polaren Lösungsmittels ausgeführt. Das Lösungsmittel
ist ein solches mit hoher Dielektrizitätskonstante, vorzugsweise ein solches mit einer Dielektrizitätskonstante
größer als 20, z. B. eines mit einer Dielektrizitätskonstante größer als 25 (gemessen
bei 20° C). Das Lösungsmittel kann beispielsweise ein nichtaromatisches sein. Beispiele solcher Lösungsmittel
sind aliphatische Hydroxyverbindungen, z. B. Di- und Polyhydroxyverbindungen, wie Äthylenglykol,
Diäthylenglykol und Butan-1,4-diol; substituierte oder unsubstituierte Alkanole, wie Methanol, Äthanol,
Äthoxyäthanol und Tetrahydrofurfurylalkohol. Beispiele anderer verwendbarer Lösungsmittel sind
Ketone, /-. B. Dialkylketone, wie Methylethylketon,
Methylisobutylketon, ferner Alkylarylketone, z. B. Acetophenon. Auch Aldehyde können verwendet werden,
z. B. n-Hexaldehyd, desgl. Amide, z. B. Dimethyl
formamid. Spezielle Beispiele anderer verwendbarer Lösungsmittel sind Dimethylsulfoxyd, Tetrahydrothiophen-l,l-dioxyd,
Nitromethan, Pyridin und Dibutylphthalat. Ein einzelnes Lösungsmittel oder eine Mischung von Lösungsmitteln kann verwendet
werden.
Die im Lösungsmittel enthaltenen Salze sind Salze der Gruppen IA und Il A der Tabelle des periodischen
Systems der Elemente, angeführt auf S. 30 von »Advanced Inorganic Chemistry«, Cotton and WiI-k
i η s ο η (1962). Beispiele von Elementen der Gruppe IA, deren Salze verwendet werden können sind
Lithium, Natrium und Kalium. Beispiele der Salze der Elemente von Gruppe IIA, die Anwendung finden
können, sind Salze von Magnesium sowie der Erdalkalimetalle Calcium, Barium und Strontium. Diese
Salze können z. B. Halogenide oder Thiocyanate sein.
Zu den speziellen Kombinationen von Lösungsmitteln und Salzen, welche besonders günstig sind,
zählen Dimethylsulfoxyd mit Lithiumchlorid, Lithiunibromid, Lithiumjodid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid,
Kaliumthiocyanat, wobei Lithiumchlorid und -bromid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid und Kaliumthiocyanat
die besten Salze sind; Aceton und Lithiumbromid; Methanol und Lithiumchlorid, Natriumchlorid,
Calciumchlorid, Strontiumchlorid und Strontiumbromid, von welchen Lithiumchlorid und
Calcium-, Barium- und Strontiumchlorid sowie Strontiumbromid die besten sind; Äthanol und Lithiumbromid
und -chlorid; Äthylenglykol und Kaliumfluorid; Diäthylenglykol und Kaliumbromid; Dimethylformamid
und Lithiumchlorid; Methyläthylketon und Lithiumbromid; Methylisobutylketon und Lithiumchlorid;
Acetophenon und Lithiumbromid; Äthoxyäthanol und Lithiumbromid; Tetrahydrofurfurylalkohol
und Lithiumbromid.
Die Menge Lösungsmittel, die man zur Bereitung der Lösung des Peroxyamins (I) verwendet, ist vorzugsweise
eine solche, welche ausreicht, alles Peroxyamin und Salz, die der Reaktionsmischung zugeführt werden,
zu lösen. Die Konzentration des Peroxyamins in der Lösung kann über einen mäßig weiten Bereich
schwanken, z. B. von 0,1 bis 5,0 Mol je Liter. Die Konzentration des Salzes in der Lösung kann ebenfalls
über einen mäßig weiten Bereich schwanken, z. B. von 0,1 Mol je Liter bis zur Sättigungskonzentration, die
natürlich je nach Salz und Lösungsmittel variiert. Das Molverhältnis von Peroxyamin zum Salz kann in
weitem Bereich schwanken.
Die Temperatur, auf welche die Lösung des Peroxyamins erhitzt wird, kann in dem Bereich von 50 bis
130 C variiert werden. Die Lösung kann z. B. auf eine Temperatur von mindestens 65° C erhitzt werden, während
es erwünscht sein kann, die Lösung nicht über 120 C oder sogar nur 100° C zu erhitzen. Die optimale
Reaktionstemperatur kann je nach dem Peroxyamin, Lösungsmittel und Salz variieren und läßt sich durch
einfache Versuche ermitteln.
Die Zeit, für welche die Lösung erhitzt wird, hängt von den Reaktionsbedingungen ab, z. B. der Temperatur
der Lösung, aber sie schwankt bei chargenweiser Umsetzung im allgemeinen zwischen etwa 5 Minuien
und 5 Stunden. Die Umsetzung kann chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt werden.
Das durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Lactam hängt natürlich von der Natur der zwei Ringe
ab, von denen die Radikale X und X' einen Teil bilden. Die Anzahl Kohlenstoffatome im Ring des Lactammoleküls
entspricht der Anzahl Kohlenstoffatome im Ring des Peroxyamins, aus dem das Lactam gebildet
wurde. Wenn die Peroxyaminringe Alkylsubstituenten tragen, werden Alkyl-substituierte Lactame gebildet.
So liefert 1,1'-Peroxydicyclohexylamin, welches unsubstituierte sechsgliedrige Ringe besitzt, Caprolactam,
wogegen 3,3'-Dimethyl-1,1 '-peroxydicyclohexylamin, welches Alkyl-substituierte sechsgliedrige
Ringe besitzt, eine Mischung von 3-Methylcaprolactam
und 5-Methylcaprolactam liefert.
Das Lactam kann durch eine beliebige geeignete Methode isoliert werden. In manchen Fällen kristallisiert
ein großer Teil des Salzes beim Kühlen der Lösung am Ende der Umsetzung aus und wird durch
Filtration abgetrennt. Gleichgültig, ob das Salz auskristallisiert oder nicht, kann es möglich sein, Lösungsmittel,
Lactam, cyclisches Keton und andere Produkte durch Destillation zu trennen. Jegliches restliches Salz
kann durch Extraktion des nach Destillation verbleibenden Rückstandes mit einer minimalen Wassermenge
herausgeholt werden, die wäßrige Schicht trennt man ab, und danach dampft man das Wasser ab, wodurch
sich das Salz ergibt, welches zur Umsetzung zurückgeführt werden kann.
Nach einer anderen Methode kann die Reaktionsmischung mit Wasser verdünnt und dann mit einer
Flüssigkeit extrahiert werden, welche mit Wasser nicht mischbar ist und ein Lösungsmittel für das Lactam
darstellt. Beispiele geeigneter Lösungsmittel sind aromatische Verbindungen, z. B. Benzol und Xylol, aliphatische
Kohlenwasserstoffe, z. ö. Erdöldestillat und chlorierte Kohlenwasserstoffe, besonders die chlorierten
niedrigeren aliphatischen Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Methylenchlorid, Kohlenstofftetrachlorid, ChIoroform,
Dichloräthan. Auch Äther können verwendet werden. Das Lactam kann aus dem Extrakt beispielsweise
durch AbdestiJlieren des Lösungsmittels, das zur Extraktion verwendet wurde, gewonnen werden, während
das Salz aus der wäßrigen Schicht, die sich durch die Wasserzugabe bildet, durch Abdampfen des Wassers
gewonnen werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren bringt beachtliche Vorteile gegenüber der bekannten Herstellung von
Lactamen, üblicherweise wird z. B. Caprolactam dadurch
hergestellt, daß zunächst Cyclohexanon in das Oxim umgewandelt wird, welches durch eine Beckmann-Umlagerung
in Caprolactam umgewandelt wird. Die Beckmann-Umlagerung verlangt den Einsatz starker Mineralsäuren, z. B. Oleum, was technisch
unangenehm ist. Außerdem führt dieses Verfahren zur Bildung großer Mengen anorganischer Salze, z. B.
Ammoniumsulfat, als Nebenprodukt, was zumindest Umweltprobleme schafft. Außerdem muß das Caprolactam
schließlich aus wäßriger Lösung mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert werden, wobei
große Flüssigkeitsmengen gehandhabt werden müssen. Demgegenüber benötigt das erfindungsgemäße Verfahren
keine starken Mineralsäuren, so fallen keine oder nur geringe Mengen anorganischer Salze als
Nebenprodukte an, und die Gewinnung des Lactams aus der Reaktionsmischung, z. B. durch Destillation,
ist vereinfacht.
Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele näher veranschaulicht.
Beispiel 1
(Tabelle 1)
(Tabelle 1)
Eine Reihe von Versuchen wurde ausgeführt, bei denen Metallsalze und Ι,Γ-Peroxydicyclohexylamin
in verschiedenen Lösungsmitteln gelöst und erhitzt wurden. Das Reaktionsprodukt wurde mit Wasser
verdünnt, hernach mit Chloroform extrahiert, und der Chloroformextrakt wurde analysiert. Die Mengen
Salz, Ι,Γ-Peroxydicyclohexylamin und Lösungsmittel, die Reaktionsbedingungen und die erzielten Ergebnisse
sind in Tabelle 1 verzeichnet. Die verwendeten Lösungsmittel waren Dimethylsulfoxyd (DMSO), Methanol
(MeOH), Aceton und Methyläthylketon (MEK). Die erhaltenen Produkte waren Caprolactam
(CL) und Cyclohexanon (CH). Die in der Tabelle angeführten Ausbeuten stellen Anzahl Mol
des Produktes je 100 MoI des der Umsetzung zugeführten Ι,Γ-Peroxydicyclohexylamins dar. Die Peroxyaminumwandlung
ist der Anteil des der Umsetzung zugeführten Ι,Γ-Peroxydicyclohexylamins, der zu Produkten
umgesetzt wurde..
Lithiumbromid (5,14 g) und Ι,Γ-Peroxydicyclohexylamin
(5 g) in Methyläthylketon (25 ml) wurden 2 Stunden lang am Rückfluß erhitzt. Die Reaktionsmischung wurde mit Chloroform extrahiert, der Extrakt
wie im Beispiel 1 analysiert. Die Ausbeuten an Caprolactam, Cyclohexanon und Caproamid betrugen
83,2 bzw. 94 bzw. 3,1%.
Eine Reihe von Versuchen wurde wie im Beispiel 1 ausgeführt unter Verwendung von 5 g Ι,Γ-Peroxydicyclohexylamin
mit Lithiumbromid als dem Salz und verschiedenen Lösungsmitteln. Die Reaktionsbedingungen
und Resultate sind aus Tabelle 2 ersichtlich.
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von y-Valerolactam
aus 1,1-Peroxydicyclopentylamin. 25 g Peroxydicyclopentylamin
und 5 ml Äthanol wurden allmählich während 1,5 Stunden zu einer gerührten Mischung aus 12,5 g Lithiumbromid und 20 ml Äthanol,
die bei 90 bis 1000C unter Rückfluß gehalten wurde, zugesetzt. Nach Zugabe des gesamten Peroxyamins
wurde die Mischung noch weitere 15 Minuten bei 92° C gerührt. Am Ende dieser Zeit war die Zersetzung
des Peroxyamins vollständig.
Die kalte Mischung wurde mit Wasser verdünnt und in üblicher Weise mit Chloroform extrahiert. Der
Chloroformextrakt wurde analysiert. Die Ausbeuten an Cyclopentanon und y-Valerolactam (= a-Piperidon)
betrugen 66 bzw. 17,5%.
(Gewicht, | Ι,Γ-Peroxy dicyclo |
Lösungsmittel | (Volumen, | Reaktions | Zeil | Peroxy- | Ausbeute * | Cl | f"*I-J | |
Verwendetes Metallsalz | g) | hexylamin | ml) | bedingungen | (Std.) | amin- um- |
84,6 | |||
5,0 | 40 | 2 | wandlung | 86,9 | 91 | |||||
5,0 | (g) | 40 | Temp. | 10 | 68,0 | 94,3 | ||||
4,2 | 10,0 | DMSO | 40 | (0C) | 2 | (%) | 51,4 | 86,0 | ||
LiCl | 7,2 | 10,0 | DMSO | 40 | HO | 2 | 100 | 61,8 | 81 | |
LiCl | 5,3 | 10,0 | DMSO | 40 | 90 | 2 | 95,4 | 69,4 | 36,7 | |
LiBr | 2,0 | 10,0 | DMSO | 40 | 110 | 2 | 87 | 74,4 | 32,6 | |
LiJ · H2O | 5,0 | 10,0 | DMSO | 40 | 110 | 2 | 93 | 78,9 | 80,0 | |
CaCl2 | 10,0 | 10,0 | DMSO | 40 | 110 | 0,5 | 100 | 93,8 | ||
MgCl2 | 10,0 | MeOH | 110 | 100 | ||||||
LiCl | 10,0 | MeOH | 110 | 100 | ||||||
LiCl | 92 | 100 | ||||||||
Isal/ | Methylethylketon | 5 ml; | l.l-l'ertm- dtcvulo- |
I | "ort sctz.u | i . | MeOH | (Volumen. | I)MSO | 25 | KX) | Reaktiv | ns- | 110 | ι ei S ] |
< | Zeu | l'enixy- | I | 93,1 |
Ausbeule | Cl | CM | Ausbeule. % Mol | 80.7 | Cl | |
Dimethylsulphoxyt | liexylamin | 10.0 | MeOH | ml) | I)MSO | 25 | KKl | bedingungen | 110 | ! 5.1 : 70 his 80 j | (Sid ι | amin- | «6,2 | CH | 7X.(S ; | S 5.0 | |||||||||||
Verwendetes Mela | Cyclohexanon . .. | I ... | l.ösungsmillel | 10.0 | Aceton | I)MSO | 25 | KK) | 110 | um- | 100 | 58.4 | 73.0 |
101,0 | 90..0 | 67.8 | |||||||||||
Acetophenon . . | 10.0 | 40 | DMSO 20 | 50 | Temp | HO | r - — | 100 | 75.7 | 56,3 | 7<i 2 | ||||||||||||||||
40 | MeOH | ( Cl | 130 | ! M 130 ! | 2 | (*··) | 100 | S9.8 | «.1 | 50.0 | |||||||||||||||||
2.8 | 40 | EtOH | 40 | 140 | ; 5.1 . ίο*» : | -ι | KK) | 43.6 | 60 | 89.4 j | 10 | SO.O | |||||||||||||||
5.3 | Meth ν lisornitx lketon | 10.0 I)MSO 40 | EtOH | 40 | 120 | i 4.^ Π | ■> | 100 | 62.1 | KX). 5 | ! | X !.K | |||||||||||||||
N«CI | 2.0 | n-Arnvlmethylketon | 5,0 | Äthylen | 40 | 130 | : 4. "^ P | 1 | KX) | 46 | 90,7 | ||||||||||||||||
CaCI2 | 2.0 | Acetylaceton . | 5.0 | glykol | 40 | 104 | ; *."*·'· 1 '' | 1 | KK) | 40.5 | 93.4 | • ö | |||||||||||||||
LiBr | 9.7 | n-Hexaldcluii | 5,0 | MeOH | 104 his 110 | ■ <·.■·■ | 1 | 99,5 | 44.3 | 79.9 | |||||||||||||||||
AgOAc | 11.8 | Pvri'iin ... | 5.0 | MeOH | 105 bis 108 | 2 | KK) | 81.7 | 98.3 | ||||||||||||||||||
KCNS | 7.9 | KXXO | MeOH | 120 | 1.5 | KX) | 85.4 | 99.5 | |||||||||||||||||||
NaCNS | 5.15 | 100,0 | Oigol | 40 | 1.7 | 78.3 | 85,0 | ||||||||||||||||||||
LiCNS | 50.0 | 100,0 | (Di- | 110 | ' J: | 3.9 | 90 | 48.2 | X9.9 | ||||||||||||||||||
LiNO, · H2O | 50.0 | 50,0 | atnylen- | 110 | 1.3 | KX) | |||||||||||||||||||||
LiBr | 24.4 | glykol) | 40 | 110 | KX) | 78.7 | 103,0 | ||||||||||||||||||||
LiBr*) | 3,0 | 10,0 | Di- | 110 | 2.5 | KX) | 60 | 88,0 | |||||||||||||||||||
LiCl | 5,0 | melhyl- | 2,5 | 67 | 91,5 | ||||||||||||||||||||||
KF | 10,0 | 5.0 | formamkl | ■) | 72 | 91.5 | |||||||||||||||||||||
5,0 | 10,0 | Tetra- | 2,5 | ||||||||||||||||||||||||
LiBr | 5,0 | hydro- | 40 | 110 | 98 | ||||||||||||||||||||||
SrCI2 | 5.9 | thiophcn- | |||||||||||||||||||||||||
SrBr2 | 1,1-di- | 77,6 | 96,4 | ||||||||||||||||||||||||
KBr | 10,0 | oxyd | 40 | 110 | -ι | KX) | |||||||||||||||||||||
Di- | 40 | ||||||||||||||||||||||||||
2.0 | äthvlen- | 30 | 69 | 92,4 | |||||||||||||||||||||||
10,0 | glykol | 1 | |||||||||||||||||||||||||
LiCI | MeOH | Tabelle 2 | |||||||||||||||||||||||||
2.0 | MeOH | 110 | 98 | ||||||||||||||||||||||||
MeOH | |||||||||||||||||||||||||||
LiCl | 66.0 | 90.3 | |||||||||||||||||||||||||
5,0 | 110 | 3 | 95 | ||||||||||||||||||||||||
110 | 91 | ||||||||||||||||||||||||||
5.0 | 80 | 98 | ».0 | 95 | |||||||||||||||||||||||
10.0 | 40,0 | 96 | |||||||||||||||||||||||||
KF | 5,0 | 2,5 | 43.0 | 66 | |||||||||||||||||||||||
10,0 | 10,0 |
1 . 1
«.lewidit , lempeialur ; |
30 | ||||||||||||||||||||||||
5,0 | 1 iBr Ipl ! | ||||||||||||||||||||||||||
Na3PO4 | 5,0 | ||||||||||||||||||||||||||
CaSO4 | *} Zusammen mil Na-HDTA | /eil | |||||||||||||||||||||||||
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Claims (1)
1. Verfahren zur Herstel.ung von Lactamen der allgemeinen Formel
CO
worin X und X' gleiche oder verschiedene zweiwertige aliphatische Radikale, welche einen Teil
eines Ringes bilden und 4 bis 11 Kohlenstoffatome enthalten, darstellen, dadurch gekennzeichnet,
daß eine mindestens 0,1 molare Lösung einer Verbindung der allgemeinen Formel
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E771 | Valid patent as to the heymanns-index 1977, willingness to grant licences | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |