DE2233889B2 - Verfahren zur Herstellung von Dimethylmaleinsäureanhydrid - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Dimethylmaleinsäureanhydrid

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    • C07C51/54Preparation of carboxylic acid anhydrides
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Description

NH2
(Ha)
b)
worin X zusammen mit der Gruppierung
-N=C-
den Rest eines 5- oder ögliedrigen, gegebenenfalls weitersubstituierten Heteroringes bildet, der weitere Heteroatome enthalten kann, mit 2 Mol Fumarsäure oder Maleinsäure umsetzt oder
mindestens 1 Mol eines Amidinsalzes der Formel
-H
C-NH2
(Mb)
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Dimethylmaleinsäureanhydrid der Formel
H3C
H3C
O C
C O
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man bei einer Temperatur von 110 bis 170° C en tweder
a) mindestens 1 Mol eines Amidins der Formel
C-NH2
(Ha)
worin X zusammen mit der Gruppierung
-N=C-
den Rest eines 5- oder 6gliedrigen, gegebenenfalls weitersubstituierten Heterorings bildet, der weitere Heteroatome enthalten kann, mit 2 MoI Fumarsäure oder Maleinsäure umsetzt oder
b) mindestens 1 Mol eines Amidinsalzes der Formel
C-NH2
(Hb)
worin X die für die Formel I Ia angegebene Bedeutung hat sowie Y das Anion einer organischen oder anorganischen Säure und η eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeuten, mit 2 Mol Maleinsäureanhydrid bzw. Fumar- oder Maleinsäure umsetzt oder
c) ein Salz aus Malein- bzw. Fumarsäure und
einem Amidin der Formel Ma erhitzt
und das durch die Maßnahme a), b) oder c) jeweils erhaltene Reaktionsprodukt unter Rückflußbedingungen mit einer wäßrigorganisehen oder einer wäßriganorganischen Säure hydrolysiert.
worin X die für die Formel Ha angegebene Bedeutung hat sowie Y das Anion einer organischen oder anorganischen Säure und π eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeuten, mit 2 Mol Maleinsäureanhydrid bzw. Fumar- oder Maleinsäure umsetzt oder
c) ein Salz aus Malein- bzw. Fumarsäure und einem Amidin der Formel Ha erhitzt
so und das durch die Maßnahme a), b) oder o) jeweils erhaltene Reaktionsprodukt unter Rückflußbedingungen mit einer wäßrigorganisehen oder einer wäßriganorganischen Säure hydrolysiert.
Als weitere Heteroatome kann der genannte Heteroring insbesondere S-, N- und O-Atome enthalten, η bedeutet bevorzugt die Zahl 1 oder 2.
Bei der erfindungsgemäßen Umsetzung werden Zwischenprodukte der Formel HIa oder IHb
Obwohl aus der Literatur verschiedene Methoden zur Herstellung von Dimethylmaleinsäureanhydrid bekannt sind, haben diese Verfahren keine wirtschaftliche Bedeutung erlangt, da sie ;:u geringen Ausbeuten führen und/oder die Verwendung von teuren bzw. schwer zugänglichen Ausgangsprodukten erfordern.
C-N
(HIa)
-H
γη ο
(lllb)
gebildet, worin X, Y und π die für die Formel Ha oder Mb angegebene Bedeutung haben. Diese Zwischenprodukte der Formel Ha oder HIb werden dann auf die angegebene Weise zum Dimethylmaleinsäureanhydrid hydrolysiert
Als durch X zusammen mit der Gruppierung
-N=C-
gebildete Reste eines 5- oder 6gliedrigen, gegebenenfalls weitersubstituierten Heteroringes, der weitere Heteroatome enthalten kann, sind beispielsweise Imidazolyl-, Pyrazolyl-, Triazolyl-, Thiazolyl-, Isothiazolyl-, Oxadiazolyl-, Thiadiazolyl-, Oxazolyl-, Pyridinyl-, Pyridazinyl-, Pyrimidinyl-, Pyrazinyl- und Triazinylreste zu nennen.
Sind diese Reste weitersubstituiert, so können sie beispielsweise Halogene, wie Fluor, Chlor oder Brom, Phenylgruppen, Alkyl- oder Alkoxygruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Aminogruppen, Mono- oder Dialkylaminogruppen mit je 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylrest oder Hydroxylgruppen enthalten, oder aber mit weiteren homo- oder heterocyclischen Ringen kondensiert sein. Als Beispiele kondensierter 5- oder ögliedriger Heteroringsysteme seien genannt: Benzimidazol, Benzthiazol, Benoxazol, Pterin, Purin, Chinolin, Isochinolin, Naphthyridin, Phthalazin, Cinnolin, Chinazolin und Chinoxalin.
Vorzugsweise sind durch X zusammen mit der Gruppierung
-N=C-
dargestellte Reste eines 5- oder 6gliedrigen Heteroringes nicht weitersubstituiert; ganz besonders bevorzugt wird der PyridinyI-2-Rest.
Die Amidine der Formel Ha sind bekannt oder können auf an sich bekannte Weise hergestellt werden.
Vorzugsweise verwendet man im erfindungsgemäßen Verfahren als Amidin der Formel Ha 2-Aminopyridin.
Werden im erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangsprodukte Amidinsalze der Formel Hb verwendet, so stellt Y vorzugsweise das Anion der Ameisen-, Essig-, Chlorwasserstoff-, Bromwasserstoff-, Schwefel- oder Phosphorsäure dar. Ganz besonders bevorzugt ist Y jedoch als das Anion der Essigsäure (n= 1). Diese Salze können in üblicher Weise durch Behandeln des betreffenden Amidins der Formel Ha mit der entsprechenden Säure hergestellt werden. Diese Herstellung kann direkt in situ erfolgen, oder man kann das isolierte Salz für die Umsetzung verwenden.
Die erfindungsgemäße Umsetzung kann in einem gegenüber den Reaktionspartnern inerten organischen Lösungsmittel, wie gegebenenfalls chlorierten aromatischen Kohlenwasserstoffen, z. B. Benzol, Toluol, XyIolen, Chlorbenzol oder Dichlorbenzol, Dialkylsulfoxiden, z.B. Dimethylsulfoxid, 2-Methoxyäthanol, Hexamethylphosphorsäuretriamid, Ν,Ν-Dialkylamiden einer niederen Monocarbonsäure, z. B. Dimethylformamid oder Dimethylacetamid, oder niederen Dialkylestern der Kohlensäure, z. B. Dimethylcar bonat oder Diäthylcarbonat, durchgeführt werden. Auch Gemische solcher
ίο Lösungsmittel können verwendet werden. Falls das Amidinsalz der allgemeinen Formel Hb direkt in situ hergestellt wird, kann gegebenenfalls auch die verwendete Säure, z. B. Essigsäure, als Lösungsmittel verwendet werden. Zweckmäßigerweise wird das Lösungsmittel vor der Durchführung der Hydrolyse entfernt, beispielsweise durch Abdestillieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Umsetzung ohne Zusatz eines Lösungsmittels, insbesondere aber in wasserfreier Essigsäure, durchgeführt Vorzugsweise verwendet man im erfindungsgemäßen Verfahren Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid.
Geht man von einem Salz aus Fumar- oder Maleinsäure und einem Amidin der Formel Ha aus, so kann dem Reaktionsgemisch noch freie Fumar- bzw. Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid zugesetzt werden.
Die Ums2tzungstemperatur variiert je nach Art des Reaktionsmediums zwischen 110 und 1700C; gegebenenfalls kann man auch unter Druck arbeiten.
Üblicherweise werden das Amidin der Formel Ha und die Fumar- oder Maleinsäure bzw. das Amidinsalz der Formel Hb und das Maleinsäureanhydrid in einem Molverhältnis von 1:2 bis 3,5:2 eingesetzt; ein Molverhältnis von 1 : 2 wird jedoch bevorzugt
Die Hydrolyse der Reaktionsprodukte mit einer wäßrigorganischen oder einer wäßriganorganischen Säure unter Rückflußbedingungen erfolgt auf an sich bekannte We;se. Wird die Umsetzung unter Druck, z. B.
in einem Autoklaven bei einem Druck von etwa 6 bis 10 atü, vorgenommen, so ist es zweckmäßig, die für die Hydrolyse benötigte Säure dem Reaktionsgemisch gleich zu Beginn der Umsetzung zuzusetzen. In diesem Falle kann als Ausgangsprodukt sowohl Maleinsäureanhydrid als auch Maleinsäure oder Fumarsäure bzw. ein Gemisch dieser beiden Säuren unter sich oder mit dem Anhydrid eingesetzt werden. Als organische Säuren kommen beispielsweise Ameisensäure, Trichloressigsäure, Trifluoressigsäure, Methansulfonsäure und p-Toluolsulfonsäure, als anorganische Säuren z. B. Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure, Salzsäure und Perchlorsäure in Betracht. Ganz besonders bevorzugt ist das Arbeiten in wäßriganorganischer Säure, vor allem in wäßriger Schwefelsäure.
Das nach der Hydrolyse gebildete Dimethylmaleinsäureanhydrid kann in üblicher Weise isoliert werden, beispielsweise durch Abnutschen oder Wasserdampfdestillation.
Nach Abschluß der Hydrolyse kann das frei gewordene Amidin bzw. Amidinsalz praktisch quantitativ zurückgewonnen werden, z. B. durch Extraktion mit einem wasserunlöslichen organischen Lösungsmittel, wie Methylenchlorid, aus der alkalisch gestellten Mutterlauge.
Dimethylmaleinsäureanhydrid stellt ein technisch wertvolles Produkt dar, das z. B. als Pharmakon zur Regeneration der Retina bei Fleckenbildung in der Retina oder als Ausgangsprodukt zur Herstellung von
Beispiel Nr.
Riechstoffen und Aromastoffen verwendet werden Fortsetzung kann (siehe Recueil, 85 [1966], 43 - 55).
Beispiel 1
Ein Gemisch aus 47 g 2-Aminopyridin und 116 g Maleinsäure wird unter Rühren auf 1300C erhitzt, bis die CO2-Entwicklung, die bei 1200C eingesetzt, beendet ist. Anschließend wird die Reaktionsmasse mit 250 ml 4 n-H2SC>4 versetzt und 1 Stunde am Rückfluß gekocht Nach dem Abkühlen auf ca. 200C fällt das praktisch ι ο farblose Dimethylmaleinsäureanhydrid in kristalliner Form aus. Ausbeute: 29 g (50% d. Th.); F=92 bis 93° C.
Wird die Reaktionsmasse nach Beendigung der CO2-Entwickluny anstatt mit 250 ml 4 n-H2SO4 mit 250 ml Wasser versetzt und auf ca. 200C abgekühlt, so fällt die Verbindung der Formel
Amidin
Ausbeute an DMA*) %dTh.
CH3
H3C N NH2
NH2
45
C CH3
20
aus. Nach dem Abfiltrieren, Waschen mit ein wenig Wasser und Trocknen erhält man 46,4 g (50% d. Th.) Rohprodukt vom F=IlO bis 1130C; nach einmaligem Umkristallisieren aus Äthanol weist die Verbindung der obigen Formel einen F = 112 bis 113° C auf.
Das Dimethylmaleinsäureanhydrid wird in praktisch gleicher Ausbeute erhalten, wenn man gemäß Beispiel 1 bei sonst gleicher Arbeitsweise anstelle von 116 g Maleinsäure dieselbe Menge Fumarsäure oder 116 g eines Gemisches aus gleichen oder verschiedenen Teilen Fumar- und Maleinsäure verwendet.
Aus der mit NaOH alkalisch gestellten Mutterlauge wird durch Extraktion mit Methylenchlorid das 2-Aminopyridin quantitativ zurückerhalten.
Verwendet man gemäß Beispiel 1 bei sonst gleicher Arbeitsweise anstelle von 47 g 2-Aminopyridin je die äquimolare Menge eines der in Tabelle I angeführten Amidine, so erhält man auf analoge Weise Dimethylmaleinsäureanhydrid.
Tabelle 1
Beispiel
Nr.
Amidin ( Ausbeute
an DMA»)
%d.Th.
2 ( 10
3 30
4 70
fs
N NH2
i—N
S NH2
η
N NH2
N N
Λ Λ
H2N N NH2
CH3
18
H3C N N NH2
30
35 NH2
*) DMA = Dimethylmaleinsäureanhydrid.
Beispiel 9
34
10
21 g des Salzes aus äquimolaren Mengen Maleinsäure und 2-Aminopyridin werden unter Rühren auf 150 bis 1600C erhitzt, bis die bei 1200C einsetzende CO2-Emwicklung beendet ist. Anschließend wird das Reaktionsprodukt mit 25 ml 4 n-H2SO4 1 Stunde am Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur (20 bis 25° C) wird das gebildete Dimethylmaleinsäureanhydrid abgenutscht. Ausbeute: 3,4 g (54% d. Th.); F=92 bis 92,5° C.
Verwendet man gemäß Beispiel 9 bei sonst gleicher Arbeitsweise anstelle von 25 ml 4 n-H2SO4 je die äquivalente Menge p-Toluolsulfonsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure, Salzsäure oder Perchlorsäure, so erhält man das Dimethylmaleinsäureanhydrid in praktisch gleicher Ausbeute.
50 Beispiel 10
Ein Gemisch von 21 g des Salzes aus äquimolaren Mengen Maleinsäure und 2-Aminopyridin sowie 11,6 g Maleinsäure werden unter Rühren auf 160 bis 1700C erhitzt, bis die bei 12O0C einsetzende CO2-F.ntwicklung beendet ist. Anschließend wird das Reaktionsprodukt mit 25 ml 4 n-H2SO4 1 Stunde am Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen wird das gebildete Dimethylmaleinsäureanhydrid abgenutscht Ausbeute: 6,8 g (56% d. Th.); F=92 bis 92,5° C.
Verwendet man gemäß Beispiel 10 bei sonst gleicher Arbeitsweise anstelle von 21 g des Salzes aus äquimolaren Mengen Maleinsäure und 2-Aminopyridin die gleiche Menge des entsprechenden Salzes aus Fumarsäure und 2-Aminopyridin, so erhält man das Dimethylmaleinsäureanhydrid in gleicher Ausbeute.
Beispiel 11
47 g 2-Aminopyridin und 116 g Maleinsäure werden in 300 ml Dimethylformamid gelöst und unter Rühren leicht am Rückfluß gekocht, bis die CO2-Entwicklung beendet ist. Anschließend wird das Dimethylformamid im Vakuum abdestilliert. Dann versetzt man den Rückstand mit 250 ml 4 n-H2SO.) und kocht 1 Stunde am Rückfluß. Durch Wasscrdampfdcstiälation des Reaktionsgemisches erhält man 26 g (42% d. Th.) reines Dimethylmaleinsäureanhydrid;F = 92bis92,5°C.
Beisp iel 12
4,7 g 2-Aminopyridin werden in 50 ml Eisessig gelöst, mit 9,8 g Maleinsäureanhydrid versetzt und anschließend 1 Stunde am Rückfluß gekocht, bis die CO2-Entwicklung beendet ist. Dann wird der Eisessig unter Normaldruck abdestilliert, wobei die Reaktionsmasse eine Temperatur von 1500C erreichen muß. Der Rückstand wird mit 25 ml 411-H2SO4 1 Stunde am Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen auf ca. 2O0C kristallisieren 3,2 g (50% d. Th.) Dimethylmaleinsäure- 2ri anhydrid aus; F=92 bis 93° C.
Wird der Rückstand anstatt mit 25 ml 4 n-H2SO4 2 Stunden mit je 100 ml der nachfolgend aufgeführten wäßrigen Säuren am Rückfluß gekocht, so erhält man ebenfalls Dimethylmaleinsäureanhydrid vom F=92 bis 93° C (Ausbeuten in Klammern):
— 10%ige Essigsäure (1,9 g)
— 65%ige Ameisensäure (1,9 g)
— 10%ige Borsäure (0,6 g)
— 1O°/oige Fluorwasserstoffsäure (2,6 g)
Tabelle Il
Beispiel 13
Man löst 4,75 g 2-Aminopyridin 311 10 ml Eisessig, erhitzt die erhaltene Lösung zum Süeden und tropft dann innerhalb von 1 '/2 Stunden eine Lösung von 9,85 g Maleinsäureanhydrid in 15 ml Eisessig hinzu, wobei das Reaktionsgemisch ständig unter Rückfluß gehalten wird. Nach weiterem Ausreagieren während einer Stunde arbeitet man das Reaktionsgemisch wie im Absatz 1 des Beispiels 13 beschrieben auf. Man erhält 4,50 g (71% d. Th.) Dimethylmaleinsäureanhydrid vom F=92bis93°C.
Beispiel 14
9,6g 2-Aminopyridin-sulfat (n<=2) und 9,8g Maleinsäureanhydrid werden in 50 ml Dimethylformamid gelöst und 30 Minuten am Rückfluß gekocht, bis die CO2-Entwicklung beendet ist. Dann wird das Dimethylformamid im Vakuum eingeengt und der Rückstand mit 25 ml 4 n-HjSO4 1 Stunde am Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen erhält man 1,0g (16% d.Th.) kristallines Dimethylmaleinsäureanhydrid; F =92 bis 930C.
Verwendet man gemäß Beispiel 15 bei sonst gleicher Arbeitsweise anstelle von 9,6 g 2-Aminopyridin-sulfat je die äquimolarc Menge eines der in Tabelle Il angeführten Amidinsal/c, so erhält man auf analoge Weise Dimcthylmalcinsiiurcanhyiirid.
Beispiel Nr.
Amidinsalz
Ausbeute an DMA % d. Th-.
H3C
N NH2
λ
N NH2
H Cl
20
-H CHjCOO 5
N NH2
Cl 30
H3C N NH2 - -H (PO.)1- 25
3
π—Ν
1I λ
Λ.
/}\
S N H
Br
15
CH3 NH2
Λ
Beispiel 20
9,6 g 2-Aminopyridin-sulfat (rt—2) und 9,8 g Maleinsäureanhydrid werden zusammen gut pulverisiert und dann im Ölbad auf 100 bis 11O0C erwärmt. Bei 1000C setzt eine heftige Gasentwicklung ein, die schon nach wenigen Minuten beendet ist. Nach Beendigung der COj-Entwicklung wird der Rückstand mit 25 ml 4 n-H2SO4 1 Stunde am Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur erhält man 1,1 g (16% d. Th.) kristallines Dimethylmaleinsäureanhydrid; F=92 bis 93°C.
Beispiel 21
70,5 g 2-Aminopyridin, 147 g Maleinsäureanhydrid und 375 ml 4 n-H2SO4 werden in einem 1-Liter-Tantal-Autoklaven auf 16O0C erwärmt und das Überdruckventil auf 7 atü eingestellt. Der Druck wird 3 bis 4 Stunden konstant gehalten, worauf man auf ca. 200C abkühlt und das ausgefallene Produkt abfiltriert. Man erhält 59 g eines Gemisches, bestehend aus Maleinsäure und Dimethylmaleinsäureanhydrid. Das Dimethylmaleinsäureanhydrid wird durch Sublimation im Vakuum bei 1000C abgetrennt. Ausbeute: 36,9g (46% d.Th., bezogen auf das umgesetzte Maleinsäureanhydrid); F = 92bis93°C.
Beispiel 22
Ein Gemisch aus 55 g 2-Amino-3-hydroxypyridin und 116 g Maleinsäureanhydrid wird unter Rühren auf 15O0C erhitzt, bis die COj-Entwicklung beendet ist. Anschließend wird die Reaktionsmasse mit 250 ml Wasser versetzt und auf ca. 20°C abgekühlt, wobei die
Verbindung der Formel
OH
C CH,
-N Il
C CH,
H)
ausfällt. Nach dem Abfiltricren, Waschen mit wenig Wasser und Trocknen erhält man 54 g (50% d. Th.) Rohprodukt vom F= 196 bis 197°C; nach einmaligem Umkristallisieren aus Äthanol weist die Verbindung der obigen Formel einen F= 198°C auf.
54 g des obigen Rohproduktes werden mit 250 ml 4 n-H2SC>4 eine Stunde am Rückfluß erhitzt. Nach dem Abkühlen auf ca. 20°C kristallisieren 28 g (90% d.Th.), bezogen auf Imid) Dimethylmaleinsäureanhydrid aus; F = 92bis93°C.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von Dimethylmaleinsäureanhydrid der Formel
    (D
    dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Temperatur von 110 bis 170° C entweder
    a) mindestens 1 Mol eines Amidins der Formel
DE2233889A 1971-07-13 1972-07-10 Verfahren zur Herstellung von Dimethylmaleinsäureanhydrid Expired DE2233889C3 (de)

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DE2233889A1 DE2233889A1 (de) 1973-01-25
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