DE2004698B2

DE2004698B2 - Beta-formylaminopropionsaeureester und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2004698B2
Application number: DE19702004698
Authority: DE
Inventors: Hans Dieter Dr 5670 Opladen; Rosendahl Friedrich Karl Dr 5090 Leverkusen; Oerte) Harald Dr 5074 Odenthal; Rinke Heinrich Dr 5090 Leverkusen Winkelmann
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1970-02-03
Filing date: 1970-02-03
Publication date: 1977-07-21
Also published as: BE762464A; GB1337503A; NL7101375A; DE2004698A1; FR2078152A5; DE2004698C3; US3758553A

Description

C-HN-CH₂-CH₂-COOR²

in der R² η-Butyl, iso-Butyl oder n-Hexyl bedeutet.

35

40

45

Die Erfindung betrifft bestimmte j9-Formylaminopropionsäureester sowie ein Verfahren zur Herstellung von jJ-Formylaminopropionsäureestern durch Umsetzung von Formamid mit Acrylsäureestern bei Normaldruck in Gegenwart basischer Katalysatoren bei relativ niedrigen Temperaturen.

Die Reaktion wird durch folgende Gleichung näher beschrieben:

a) OHCNH₂ + CH₂ = CHCOOR¹

55

basischer
Katalysator

OHCNHCH₂Ch₂COOR¹ (I)

60

(R¹: geradkettiger oder verzweigter Ci-Ci2-AIkylrest, vorzugsweise C₃-Ci2-Alkylrest, Aralkylrest.)

Die Umsetzung von Formamid und Acrylester ist schon beschrieben worden (Monatshefte für Chemie 78 [1948], 137). Sie wurde jedoch wegen der bei 170—180°C flüchtigen Reaktionsteilnehmer präparativ aufwendig als Druckreaktion durchgeführt und liefert außerdem unerwünschte Nebenprodukte. So entsteht nach Gleichung b) neben dem gewünschten 0-Formylaminopropionsäure-äthylester (I) in etwa vergleichbaren Mengen das störende Bisaddukt /?,j9'-Formimido-dipropionsäure-diäthylester (II) durch Reaktion von bereits gebildetem (I) mit weiterem Acrylsäureäthylester:

b) OHCNHCH₂CH₂COOc₂H₅+ CH₂=COOC₂H₅

(D
> OHCN—(CH₂CH₂COOC₂H₅)₂ (II)

Unter Vermeidung obiger Nachteile wurde nun gefunden, daß sich j9-Formylaminopropionsäureester in einfacher Weise ohne Druckreaktion in hoher Ausbeute und Reinheit und praktisch frei von Verunreinigung mit Bisaddukten herstellen lassen.

Da erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von /9-Formylaminopropionsäureestern durch Umsetzung von Formamid mit Acrylsäureestern im Molverhältnis 10 :1 bis 1 :10 bei Normaldruck in Gegenwart von 0,005 bis 10,0MoI pro Mol Acrylsäureester basischer Katalysatoren und geringer Mengen Polymerisationsinhibitoren bei Temperaturen von 0°C bis zur Rückflußtemperatur und anschließende Isolierung des 0-Formylaminopropionsäureesters ist dadurch gekennzeichnet, daß man als basische Katalysatoren Verbindungen, die eine oder mehrere tertiäre Aminogruppen enthalten, verwendet.

Herbei entstehen praktisch keine Bisaddukte.

Die Erfindung betrifft ferner /3-Formylaminopropionsäurealkylesterder allgemeinen Formel

OHCNHCH₂Ch₂COOR²

in der R² η-Butyl, iso-Butyl oder n-Hexyl bedeutet.

Aus J.Org. Chem. 26 (1961), S. 2507, rechte Spalte, geht hervor, daß Glyzinäthylesterhydrochlorid in 85°/oiger Ausbeute phosgeniert werden kann. Setzt man jedoch einen Isopropyl- oder Isobutylester ein, so sinkt die Ausbeute an entsprechendem Isocyanat auf nur 9—10%. Demgegenüber steigt die Ausbeute bei der Phosgenierung von beta-AIaninesterhydrochloriden, die aus den erfindungsgemäßen beta-Formylaminopropionsäureestern hergestellt wurden, überraschend und eindrucksvoll beim Übergang vom Äthylester zum Propyl- bzw. Butylester.

Zweckmäßigerweise werden beim erfindungsgemäßen Verfahren die Ausgangsmaterialien (z. B. Formamid, Acrylester und tertiäres Amin) bei Raumtemperatur vereinigt, wobei sich gegebenenfalls eine zweiphasige Reaktionslösung bildet. Durch Zusatz eines Lösungsmittels kann man jedoch eine Homogenisierung erreichen. Hierauf wird die Lösung mehrere Stunden erwärmt. Nicht umgesetzte und überschüssig eingesetzte Ausgangsprodukte sowie die als Katalysatoren verwendeten tertiären Amine können durch eine fraktionierte Destillation abgetrennt und gegebenenfalls im Kieislauf wieder der Reaktion zugeführt werden. Der gewünschte jJ-Formylaminopropionsäureester kann z. B. durch eine Vakuumdestillation in reiner Form erhalten werden. Das Verfahren eignet sich auch zu einer kontinuierlichen Durchführung der Reaktion.

Die Mengenverhältnisse von Formamid zu Acrylester können in weitem Bereich variiert werden, z. B. von 10 :1 bis 1 :10. Vorzugsweise wird mit äquivalenten oder überschüssigen Mengen an Formamid gearbeitet, z. B. im Molverhältnis 5 :1 bis 1 :1.

Zur Umsetzung des Acrylsaureesters mit Formamid eignen sich

Acrylsaure-alkyl-, cycloalkyl und -aralkylester, ζ Β
Acrylsauremethylester, Acrylsaureathylester,
Acrylsaurepropylester, Acrylsaureisopropylester, s Acrylsaurebutylester, Acrylsaureisobutylester,
Acrylsaurecyclohexylester,
Acrylsauredodecylester, Acrylsaurebenzylester
Als Polymerisationsinhibitoren fur Acrylsäureester kann man bekannte Verbindungen, wie ζ B Hydrochinon, 1-Phenylaminonaphthalin bzw 2-Aminonaphthalin in geringen Mengen, vorzugsweise 0,01 bis 3 Gewichtsprozent, einsetzen

Als tertiäre Amine seien beispielsweise genannt
Ν,Ν-Dimethylcyclohexylamin, N-Methylpyrrolidin, Tnbutylamin,
Tnathylamin, 4-Dimethylamino-pyridin und
2,3,4,6,7,8,9,10-Octahydropyrimido-[l,2-a]-azepin

Als besonders geeignete tertiäre Amine haben sich 1,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan und das genannte Azepin herausgestellt. Die tertiären Amine werden in Mengen von 0,05 bis 10,0, vorzugsweise 0,15 bis 1,0 Mol pro Mol Acrylester eingesetzt

Zur Homogenisierung der Losung kann man polare 2s Losungsmittel zusetzen, ζ B Pyndin, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Hexamethylphosphorsauretriamid, N-Methylpyrrolidon oder überschüssige tertiäre Amme

Die Umsetzung wird unter Normaldruck vorgenommen, wobei lediglich einfache Reaktionsgefaße mit Ruckflußkuhlung notwendig sind

Als Reaktionstemperatur eignen sich Temperaturen zwischen etwa 0°C und einer Temperatur, welche durch die Siedetemperatur der Reaktionslosung (bei starkem Ruckfluß und guter Kühlung) gegeben ist Sie kann eventuell bis ca 210⁰C (Siedetemperatur des Formamides) ansteigen, besonders bewahrt haben sich Temperaturen zwischen 50 und 150° C Verwendet man 1,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan als Katalysator, so kann man bevorzugt Temperaturen zwischen 60 und 120° C einhalten

Die Reaktionszeiten liegen zwischen etwa 3 Minuten und 50 Stunden, bevorzugt jedoch zwischen 3 Minuten und 25 Stunden, wobei in den meisten Fallen Reaktionszeiten von 30 Minuten bis 10 Stunden ausreichend sind

Die Aufarbeitung kann in Form einer fraktionierten hergestellt Destillation erfolgen Man kann auch bei der Aufarbeitung der Reaktionsansatze bei niederen Temperaturen in Wasser eingießen und mit Losungsmitteln, wie ζ Β Chloroform oder Methylenchlond, das gewünschte Produkt aus der wäßrigen Phase extrahieren

Die erfindungsgemaß erhaltenen /i-Formylaminopropionsaureester sind wegen ihrer verfahrensmaßig einfachen Herstellung aus technisch leicht zugänglichen Ausgangsmaterialien wertvolle Zwischenprodukte fur die Herstellung von Derivaten des /?-Alanins, die ihrerseits zur Herstellung von Polyamiden oder Polyurethanen geeignet sind Beispielsweise gelangt man durch Umsetzung von ^-Formylaminopropionsaureestern mit Chlorwasserstoff in Alkoholen in quantitativer Ausbeute zu dem entsprechenden ß-Alaninesterhydrochlond (und dem abdestilherbaren Ameisensäureester des entsprechenden Alkohols) Diese j3-Alaninesterhydrochlonde können direkt weiter umgesetzt werden, ζ B mit Phosgen zu /3-Isocyanato-propionsaureestern

Beispiel 1

450 g (10 Mol) Formamid und 640 g (5 Mol) Acrylsaure-n-butylester werden mit 28 g (0,25 Mol) 1,4 Diazabicyclo[2,2,2]octan 10 Stunden zwischen 128 und 134⁰C gerührt Anfangs hat man ein zweiphasiges System vorliegen, das sich jedoch mit fortschreitender Reaktion mischt. In der anschließenden fraktionierten Destillation siedet der jS-Formylaminopropionsaure-n-butylester bei 115-123°C/0,l Torr(/J^?/ 1,4522)

Ausbeute 406 g (65% auf umgesetzten Acrylester bezogen)

Die im Vorlauf abgetrennten, nicht umgesetzten Ausgangsmatenalien können zu einer weiteren Umsetzung verwendet werden

Gemäß Beispiel 1 wurden die in der folgenden Tabelle aufgeführten jS-Formylaminopropionsaureester der allgemeinen Formel

O
OHCNHCH₇CH₇COr¹

Tabelle

R¹	ber	C	H	N	O	1,4570	Kp
CH₃	gef	45,8%	6,9%	10,7%	36,6%		110-116 C/0,11 Torr
	ber	45,7%	6,8%	11,0%	36,2%	1,4528
C₂H₅	gef	49,6%	7,6%	9,7%	33,1%		95-105 C/0,07-0,08 Torr
	ber	49,5%	7,8%	9,9%	32,8%	1,4522
n-C₄H₉	gef	55,5%	8,7%	8,0%	27,8%		117-123 C/0,08Torr
	ber	55,4%	8,9%	8,1%	27,6%	1,4508
ISO-C₄H₉	gef	55,5%	8,7%	8,0%	27,8%		117-118 C/0,03Torr
	ber	55,3%	9,1%	8,3%	27,6%	1,4568
n-C₆H,3	gef	59,7%	9,5%	7,0%	23,8%		134-140 C/0,06Torr
	ber	59,5%	9,8%	7,3%	23,8%	1,5282
CH₂C₆H₅	gef	63,8%	6,3%	6,8%	23,1%		198-20rC/0,06 Torr
	64,1%	6,6%	6,9%	22,8%

Beispiel 2

Eine zweiphasige Lösung aus 1280 g (10 Mol) Acrylsäure-n-butylester, 900 g (20 Mol) Formamid, 112 g (1 Mol) 1,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan und 3,75 g Hydrochinon wird 10 Stunden auf 95 bis 100⁰C erwärmt. Anschließend wird das Reaktionsprodukt destilliert. Der jS-Formylaminopropionsäure-n-butylester geht bei 100-120° C/0,08 Torr über.

Ausbeute: 900 g (75% bezogen auf umgesetzten Acrylester).

Der Vorlauf bestand aus 395 g Acrylsäure-n-butylester, 98 g 1,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan und 597 g Formamid. Er kann zu einer weiteren Umsetzung wiederverwendet werden.

Beispiel 3

Eine Lösung aus 1280 g (10 Mol) Acrylsäure-n-butylester, 900 g(20 Mol) Formamid, 112 g(l Mol) 1,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan, 1,28 g Hydrochinon und 1150 g Dimethylformamid wird 6 Stunden auf 95°C gehalten.

Die Lösung wird anschließend fraktioniert destilliert. Der jS-Formylaminopropionsäure-n-butylester geht bei 109 -112° C/0,07 Torr über.
Ausbeute: 195 g

Beispiel 4

45 g (1 Mol) Formamid, 7,6 g (0,05 Mol) 2,3,4,6,7,8,9,10-Octahydropyrimido-[l,2-«]-azepin und 128 g (1 Mol) Acrylsäure-n-butylester werden bei Raumtemperatur zu

ίο einer zweiphasigen Reaktionslösung vereinigt. Diese wird unter gutem Rühren auf 80° C erwärmt. Nach ca. 30—45 Minuten hat sich hierbei die Emulsion zu einer klaren homogenen Lösung verändert. Ohne Heizung wird noch 1 Stunde nachgerührt. Zur Abtrennung der Base wird der Ansatz in Wasser eingegossen. Das gewünschte Produkt wird hieraus mit Chloroform extrahiert und nach dem Trocknen fraktioniert destilliert.

Kp.0,08:122-127°C.

Ausbeute: 86 g (50,0% d. Th.) bezogen auf eingesetzten Acrylsäure-n-Butylester.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von /3-Formylaminopropionsäureestern der allgemeinen Formel

,C-HN-CH₂-CH₇-CObR¹

in der R¹ einen geradkettigen oder verzweigten Cibis Ci2-Alkylrest oder Aralkylrest bedeutet, durch Umsetzung von Formamid mit Acrylsäureestern-m« Molverhältnis 10:1 bis 1:10 bei Normaldruck in Gegenwart von 0,005 bis 10,0MoI pro Mol Acrylsäureester basischer Katalysatoren und geringer Mengen Polymerisationsinhibitoren bei Temperaturen von 0⁰C bis zur Rückflußtemperatur und anschließende Isolierung des /J-Formylaminopropionsäureesters,dadurch gekennzeichnet, daß man als basische Katalysatoren Verbindungen, die eine oder mehrere tei^äre Aminogruppen enthalten, verwendet. ^ M·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als tertiäres Amin 1,4-Diazabicyclo[2,2,2,]octan verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als tertiäres Amin 2,3,4,6,7,8,9,10-Octahydro-pyrimido-[l,2-<x]-azepin verwendet.

4. ß-Formylaminopropionsäure-alkylester der allgemeinen Formel