DE1955038C3 - Verfahren zur Herstellung von alpha-Amino-omega-lactamen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von alpha-Amino-omega-lactamenInfo
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Description
(CH
(D
2hi
in der η eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, durch Beckmannsche Umlagerung eines «-Aminocycloalkanonoxims
der allgemeinen Formel II
N-OH
V-NH2
(CH2)„J
(CH2)„J
(H)
in der π die obige Bedeutung hat, in Gegenwart eines
Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Chlorsulfonsäure bzw. eine
Mischung, die unter den Reaktionsbedingungen Chlorsulfonsäure ergibt, oder Schwefeltrioxyd in
einer Menge von mindestens 1 Mol pro Mol Oxim gegebenenfalls in Gegenwart anderer Säuren
und/oder eines inerten Lösungsmittels, verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator in einer Menge von 1 bis 6 Mol pro Mol Oxim verv/endet wird.
HN
(D
(CH2Jn
in der η eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, durch Beckmannsche Umlagerung eines a-Aminocycloalkanonoxims
der allgemeinen Formel II
HO-N
NH,
(H)
25
30
35
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von «-Amino-üJ-lactamen der allgemeinen Formel I
O
O
Verfahren ist es schwierig, das gewünschte Endprodukt in mehr als 20%iger Ausbeute zu erhalten. Der Grund
für die niedrige Ausbeute scheint darin zu liegen, daß die Beckmannsche Umlagerung hoch stereospezifisch darin
ist, daß die anti-(trans)-Alkylgruppe zur Hydroxygruppe
immer wandert (Organic Reactions, Band 11, Seite 5), Mit
anderen Worten: Da sich die Hydroxygruppe des «•Aminocycloalkanonoxims eher in anti- als in syn-Slellung
zur Aminogruppe befindet, hat das zur Folge, daß das industriell wertlose «-Amino-w-lactam der allgemeinen
Formel:
15
45
55
in der η die obige Bedeutung hat, in Gegenwart eines Katalysators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als
Katalysator Chlorsulfonsäure bzw. eine Mischung, die unter den Reaktionsbedingungen Chlorsulfonsäure
ergibt, oder Schwefeltrioxyd in einer Menge von mindestens 1 Mol pro Mol Oxim, gegebenenfalls in
Gegenwart anderer Säuren und/oder eines inerten Lösungsmittels verwendet wird.
Es ist bereits bekannt, daß man «-Amino-e-caprolactam
durch Umsetzung von a-Aminocyclohexanonoxim-Hydrochlorid
mit einer bestimmten Menge Schwefei- oder Phosphorsäure herstellen kann Qapanische Patentschrift
4 91 985), jedoch nach diesem vorbekannten
in großen Mengen gebildet wird (J. Org. Chem., 26,2568
[1961]).
Ziel der Erfindung ist, die Ausbeute an «-Amino-ojlactam
stark zu erhöhen, indem man die Bildung von w-Amino-w-lactamen bei der Beckmannschen Umlagerung
von a-Aminocycloalkanonoximen weitgehend
unterdrückt. Es wurde gefunden, daß man dieses Ziel durch Verwendung von mindestens 1 Mol Chlorsulfonsäure
oder Schwefeltrioxyd pro Mol Oxim als Katalysator erreichen kann.
Es hat den Anschein, daß bei Verwendung von Chlorsulfonsäure oder Schwefeltrioxyd als Katalysator
gemäß Erfindung «-Aminocycloalkanonoxim unabhängig von dem Typ (trans- oder syn-Typ) des Ausgangsoxims
in eine Cyclo-syn-Typ-Verbindung als Zwischenprodukt übergeführt wird, wie es die Darstellung des
Reaktionsmechanismus weiter unten erkennen läßt, und als Folge dessen das gewünschte a-Amino-w-lactam
selektiv in hoher Ausbeute gebildet wird.
HO-S = O
Beckmannsche Umlagerung
Endprodukt,
in der X eine konjugierte Base der eingesetzten Säure ist.
Bei dem Verfahren gemäß Erfindung werden als Ausgangsverbindungen entweder die freien Verbindungen,
d. h. a-Aminocyclopentanon-, «-Aminocyclohexanon-,
«-Aminocycloheptanon-, «-Aminocyclooctanon-,
(x-Aminocyclononanon-, «-Aminocyclodecanon-,
otAminocycloundecanon- sowie «-Aminocyclododecanon-oxim,
oder die Mineralsäureadditioiissalze, z. B. des
Hydrochlorid der Aminooxime, benutzt. Die Verbindungen können aus dem entsprechenden Cycloalkylamin
durch Chlorierung, Neber-Umlagerungs- und Oximbildungs-Reaktion
hergestellt werden (J. Am. Chm. Soc. 76,4561 [1954]).
Das Ausgangsoxim wird gewöhnlich mit 1 bis 6 Mol des gemäß Erfindung verwendeten Katalysators Chlorsulfonsäure
oder Schwefeltrioxyd pro Mol Oxirn in Berührung gebracht. Der obere Grenzwert von 6 Mol
Katalysator ist nur aus ökonomischen Gründen festgesetzt und für die erfolgreiche Verfahrensdurchführung
nicht kritisch, da das Verfahren der Erfindung auch mit mehr, z. B. 20 Mol, Katalysator durchgeführt
werden kann, ohne daß die Ausbeute beeinträchtigt wird. Anstelle von Chlorsulfonsäure allein können auch
folgende Mischungen benutzt werden: eine Mischung von Chlorsulfonsäure mit anderen Säuren, wie Schwefelsäure,
und eine Mischung, die unter den Reaktionsbedingungen Chlorsulfonsäure liefert, wie eine Mischung
von Schwefeltrioxyd oder rauchender Schwefelsäure mit Chlorwasserstoff, eine Mischung von Phosphoroxychlorid
mit Schwefelsäure, eine Mischung von Thionylchlorid mit Schwefelsäure, oder eine Mischung
von Sulfurylchlorid mit Wasser. Schwefeltrioxyd wird als Lösung mit einem organischen Lösungsmittel, wie
Nitrobenzol, und einem halogenierten Kohlenwasserstoff und auch als rauchende Schwefelsäure eingesetzt.
Bei Durchführung der Reaktion fügt man das α-AminocycloalKanonoxim
der oben angegebenen Katalysatorlösung zu.
Obgleich die Reaktion bei Raumtemperatur stattfindet, wird sie gewöhnlich im Bereich von 30 bis 1000C
durchgeführt Da die Reaktion exotherm ist, fügt man ^0
das Ausgangsoxim der Katalysatorlösung zweckmäßig allmählich zu, um übermäßigen Temperaturanstieg zu
vermeiden. Hierfür kann auch ein inertes organisches Lösungsmittel, wie Nitrobenzol, Dichlormethan, Dichloräthan,
Trichloräthan, Dichloräthylen sowie ChIoroform,
benutzt werden. Dies ist nicht wesentlich.
Bei Verwendung von freiem a-Aminocycloalkanonoxim
werden gewöhnlich mit dem Zusatz von Mineralsäure, wie Schwefel-, Salz- und Phosphorsäure,
gute Ergebnisse erzielt Die für die Beendigung der Reaktion erforderliche Zeit hängt von den Reaktionsbedingungen
ab. Sie betragt gewöhnlich 1 bis 5 Stunden.
Wünscht man das Endprodukt von der Reaktionsmischung abzutrennen, isoliert man zweckmäßig das
Produkt als Hydrochlorid in folgender Weise: Man gibt die Reaktionsmischung zu Wasser, neutralisiert mit
Ammoniak, bringt dann die Lösung mit einem stark sauren Kationenaustauscher (Η-Form) in Berührung,
um das Produkt zu adsorbieren, wäscht dann das Harz mit Wasser, wobei das Produkt und die anorganischen
Verbindungen abgetrennt v/erden. Ist in der Reaktion ein organisches Lösungsmittel verwendet worden, wird
die Reaktionsmischung mit Wasser extrahiert und der erhaltene Extrakt in der oben angegebenen Weise
behandelt Das an dem Harz adsorbierte Produkt wird mit wäßrigem Ammoniak eluiert, das Eluat zur
Trockene eingedampft und der Rückstand in eir.em polaren Lösungsmittel, wie Äthanol, gelöst. Beim
Hindurchleiten von trockenem Chlorwasserstoff durch die Lösung fällt das Hydrochlorid des Produkts in
kristalliner Form und hohem Reinheitsgrad aus. Weiterhin kann man zur Durchführung der Abtrennung
die flüchtigen Bestandteile, wie Wasser, aus der Lösung entfernen, die man durch Neutralisation der Reaktionsmischuiig
in wäßrigem Zustand wie oben angegeben erhalten hat, das Produkt aus dem Rückstand mit
Alkohol extrahieren und Chlorwasserstoff durch die alkoholische Lösung hindurchführen.
Das so erhaltene «-Amino-Dj-Iactam gibt bei Hydrolyse
leicht die entsprechenden «, ω-Diaminocarbonsäure
in hoher Ausbeute. So liefert beispielsweise das aus Λ-Aminocyclopentanonoxim erhaltene a-Amino-<5-valerolactam
Ornithin; das aus «-Aminocyclohexanonoxim erhaltene a-Amino-e-caprolactam Lysin; und das
aus «-Aminocyclododecanonoxim erhaltene Ä-Amino-λ-laurolactam
λ, A-Diaminolaurinsäure.
Gemäß Erfindung wird das gewünschte Produkt selektiv in hoher Ausbeute gebildet und die Bildung des
wertlosen w-Amino-w-lactams unterdrückt. Infolgedessen
kommt dem Verfahren der Erfindung eine große industrielle Bedeutung als Hauptstufe bei der Synthese
von Λ,ω-Diaminocarbonsäuren zu.
Eine Mischung von 23,3 g (0,2 Mol) Chlorsulfonsäure und 39,2 g (0,4 Mol) Schwefelsäure wurue in einem
500-ccm-Dreihalskolben auf 400C gehalten, nach und
nach 16,4 g (0,1 Mol) «-Aminocyclohexanonoxim-Hydrochlorid
innerhalb V/2 Stunden unter Rühren zugegeben und die Mischung dann noch eine weitere
Stunde unter Rühren auf 8O0C gehalten. Nach Abkühlen
auf Raumtemperatur versetzte man die Reaktionsmischung mit 200 ecm Wasser, neutralisierte sie mit
wäßrigem Ammoniak und führte sie danach durch eine Kolonne, die mit 1,21 stark saurem Kationenaustauscher,
Amberlite IR-120 (Handelsbezeichnung der Rohm & Haas CO, USA) (Η-Form) gefüllt war, um das
Produkt zu adsorbieren. Dann wusch man das Harz mit Wasser, eluierte das Produkt mit 2-n wäßrigem
Ammoniak, dampfte das Eluat zur Trockene ein, löste den erhaltenen Rückstand in 150 ecm Äthanol und
leitete trockenen Chlorwasserstoff durch die Lösung, wobei sich ein kristalliner Niederschlag bildete. Nach
dem Filtrieren erhielt man 15,0 g Kristalle; weitere 0,75 g Kristalle erhielt man beim Konzentrieren der
Mutterlauge. Die IR-Spektren dieser Kristalle wurden mit denen einer authentischen Probe von «-Amino-e-caprolactam
identifiziert (Ausbeute 96%).
Kontrollversuch 1
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch keine Chlorsulfonsäure benutzt Die Ausbeute an
Ä-Amino-e-caprolactam betrug 18%.
Zu 32,6 g (0,28 Mol) Sulfurylchlorid gab man nach und
nach unter Rühren innerhalb von 1 Stunde bei 700C
16.4 g (0,1 Mol) «-Aminocyclohexanonoxim-Hydrochlorid.
Nach Beendigung der Zugabe hielt man die Mischung noch eine weitere Stunde auf derselben
Temperatur und führte die weitere Aufarbc itung in der in Beispiel 1 angegebenen Weise durch, wobei man
14.5 g kristallines a-Amino-e-caprolactam-Hydrochlo
rid erhielt (Ausbeute 88%).
Zu einer Mischung von 120 ecm Nitrobenzol und 45%iger rauchender Schwefelsäure, die 24 g (0,3 Mol)
Schwefeltrioxyd und 29,4 g (0,3 Mol) Schwefelsäure enthielt, gab rr.an nach und nach unter Rühren bei 10"C
12,9 g (o,1 Mol) a-Aminocyclohexanonoxim und hielt die Mischung dann 3 Stunden auf 7O0C. Die Reaktions·
mischung g«b man zu 200 ecm Wasser, trennte die wäßrige Schicht ab und behandelte die Nitrobcnzol·
schicht zur Extraktion des Produktes weiter mil Wasser. Die Lösung der Wasserschicht und den Extrakt
vereinigte man, neutralisierte dann mit wäßrigem Ammoniak und arbeitete die erhaltene Lösung in der in
Beispiel 1 angegebenen Weise weiter auf, wobei man 10,0 g kristallines a-Amino-e-caprolactam-Hydrochlorid
erhielt (Ausbeute 61 %).
Zu einer Mischung vo 120 ecm Nitrobenzol und
53,5 g 45%iger rauchtnder Schwefelsäure mit einem Gehalt an 24 g (0,3 Mol) i^hwcfeltrioxyd, die auf 10°C
gehalten wurde, gab man unter Rühren 16,4 g (0,1 Mol)
a-Aminocyclohexanonovin, Hydrochlorid und hielt die
Mischung weitere 4 S- jen unter Rühren auf 700C.
Danach arbeitete man die Mischung in der in Beispiel 3 angegebenen Weise weiter auf, wobei man 14,0 g
kristallines «-Amino-e-caprolactam-Hydrochlorid erhielt
(Ausbeute 85%).
Kontrollversuch 2
Das Verfahren des Beispiels 4 wurde wiederholt, jedoch 32,9 g (0,4 Mol) 100%ige Schwefelsäure anstelle
der 45%igen rauchenden Schwefelsäure benutzt. Man erhielt 1,64 g kristallines a-Amino-e-caprolactam-Hydrochlorid
(Ausbeute 10%).
Zu einer Mischung von 33,6 g (0,3 Mol) Thionylchlorid und 39,2 g (0,4 Mol) Schwefelsäure, die auf 300C
gehalten wurde, gab man nach und nach innerhalb von 3 Stunden unter Rühren 16,4 g (0,1 Mol) «-Aminocyclohexanonoxim-Hydrochlorid
und hielt die Mischung weitere 30 Minuten auf 60°C. Danach arbeitete man die Mischung in der in Beispiel 1 angegebenen Weise weiter
auf, wobei man 12,0 g kristallines «-Amino-e-caprolactam-Hydrochlorid
erhielt (Ausbeute 73%).
Zu einer Mischung von 23 3 g (0,2 Mol) Chlorsulfonsäure und 150 ecm Dichloräthan gab man bei Raumtemperatur
innerhalb von 20 Minuten unter Rühren 16,4 g (0,1 MoljA-Aminocyclohexanonoxim-Hydrochlorid und
hielt die Mischung weitere 3 Stunden unter Rühren auf 7O0C. Danach arbeitete man die Reaktionsmischung in
der in Beispiel 3 angegebenen Weise weiter auf, wobei man 12,4 g kristallines it-Amino-i-caprolactam-Hydrochlorid
erhielt (Ausbeute 75%).
Zu einer Mischung von 15,8 g (0,136 Mol) Chlorsulfonsäure
und 13,4 g (0136 Mol) 100%'iger Schwefelsau-ι
re, die unter Rühren auf 700C gehalten wurde, fügte man
nach und nach innerhalb einer Stunde 16,4 g (0,1 Mol) «•Aminocylohexanonoxim-Hydrochlorid zu und hielt
die Mischung eine weitere Stunde auf 700C. Die weitere
Aufarbeitung führte man in der in Beispiel I ίο angegebenen Weise durch, wobei man 15,1 g kristallines
Ä-Amino-e-caproluclam-Hydrochlorid erhielt (Ausbeute
92%).
κ 750 mg (3 mMol) «-Aminocyclododecanonoxim hergestellt
aus «-Chlorcyclododecanonoxim - gab man innerhalb einer Stunde nach und nach zu einer Mischung
von 700 mg (6 mMol) Chlorsulfonsäure und 1,18 g (12 mMol) 100%ige Schwefelsäure unter Rühren und
Kühlen mit Eiswasser bei 5 bis 10" C.
Nach Beendigung der Zugabe hielt man die Mischung 40 Minuten auf 75"C. Danach gab man sie in Eiswasser,
neutralisierte mit wäßrigem Ammoniak auf pH 7 und führte sie dann durch eine Kolonne, die mit 120 ecm des
gleichen Harzes, wie es in Beispiel 1 benutzt wurde, gefüllt war. Das an dem Harz adsorbierte Produkt
wurde eluiert und mit trockenem Chlorwasserstoff in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise weiterbehandeli.
wobei man 520 mg kristallines /vAmino-ot-laurolaclam
Hydrochlorid erhielt. Smp. 240- 241 'C (Zers.)(Ausbeute 69%)
Elementaranalyse für CuH24ON,! · HCI
Berechnet: C 57,93, H 10,13, N 11,26%;
gefunden: C 57,79, H 10,02, N 11,07%.
Berechnet: C 57,93, H 10,13, N 11,26%;
gefunden: C 57,79, H 10,02, N 11,07%.
Zu 5 ecm konz. Salzsäure gab man 400 mg dieses kristallinen Lactam-Hydrochlorids und erhitzte die
Mischung 20 Stunden unter Rückfluß; beim Behandeln der Mischung mit Pyridin in konventioneller Weise
erhielt man oc, A-Diaminolaurinsäure-Hydrochlorid in
quantitativer Ausbeute. Smp. 270 - 271 "C (Zcrs.).
Elementaranalyse für CuHjfeOjN;· HCl
Berechnet: C 54,02, H 10,20, N 10,50%;
gefunden: C 54,05, H 10,24, N 10,42%.
Berechnet: C 54,02, H 10,20, N 10,50%;
gefunden: C 54,05, H 10,24, N 10,42%.
Zu 7,6 g 21%iger rauchender Schwefelsäure, die 1,6 g (0,02 Mol) Schwefeltrioxyd enthielt und mit Eiswasser
auf einer Temperatur unterhalb von i0"C gehalten wurde, gab man nach und nach innerhalb von 30
Minuten 1,64 g (0,01 Mol) «-Aminocyclohexanonoxim-Hydrochlorid.
Dann erhöhte man innerhalb vor 3 Stunden die Temperatur der Mischung nach und nach
auf 70° C und hielt sie 30 Minuten auf dieser Temperatur. Nach der weiteren Aufarbeitung der Reaktionsmischung
in der in Beispiel 1 angegebenen Weise erhielt man 1,52 g kristallines a-Amino-e-caprolactam-Hydrochlorid
(Ausbeute 92,5%).
Claims (1)
- Q.Patentansprüche;1, Verfahren zur Herstellung von «-Amino-w-lactamen der allgemeinen Formel IC)HN V-NH,
Applications Claiming Priority (2)
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JP8436168 | 1968-11-18 | ||
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