DE2309529B2 - Verfahren zur herstellung von aziridinen - Google Patents

Description

N
H

in der R¹, R², R^J und R⁴ Wasserstoff, eine Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aryl- oder eine sauerstoff- oder 15 stickstoffhaltige Gruppe bedeuten oder die Gruppierune R¹—C—R² bzw. R^J—C—R⁴ oder die GruppTeiang R'-C-C-R³ bzw. R^-C-C-R⁴ einen cycloaliphatische:! Ring bildet, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Olefin der allgemeinen Formet II

R¹

R²

R³

C = C

(Π)

π der R¹. R², R¹ und H' die obengenannte Bedeutung haben, mit einem am Stickstoff unsubstituierten Oxaziridin, das am Ringkohlenstoff ein oder zwei A>k-lgruppen, die zusammen mii ehren. C-Atatr, eine«! cycloaliphatische;! Ring bilden können, oder einen Arylrest trägt, in einem aprotischen Lösungsmittel bei Temperaturen von 50 bis 150⁰C umsetzt und das gebildete Aziridin in an sich bekam 'er Weise aus dem Reaktionsprodukt isoliert

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von am Stickstoff unsubstituienen Aziridinsn.

Es ist bekannt, am Stickstoff unsuhstituiene Aziridine entweder durch ilingschluß aus ß-Halogenaminen oder ans den Schwefelsäureestern von ß-Aminoalkol.olen herzustellen. Sollen Olefine als Ausgangsmaterial verwendet werden, so müssen diese zunächst in die fi-Halogenamine oder die ß- Aminoalkohole übergeführt werden. So wird z. B. der Grundkörper, das Äthyienimin, hergestellt, indem man Äthylen zum Dichloräthan chlorie.i und dieses anschließend mit Ammoniak umsetzt Die bekannten Verfahren zur Herstellung von C-suLrauiuiinen Artridinsn Jt'jts O^f»·»*« sind ki'moli zierter. Sie bestehen beispielsweise darin, daß man Nitrosylchlond, Jodazid, KN-Dichlorurethan oder |odisocyanat in Form von Siibercyanat ind |od an das Olefin anlagert wobei eine jJ-Halogen-alkylstickstoffverbindung entsteht, deren stickstoffhaltige Gruppe durch Reduktion oder Verseifung in eine Aminogruppe übergeführt wird. Die so erhaltene Verbindung wird to anschließend zum Aziridin cyclisiert

Es ist aber auch bekannt, C-substituierte Aziridine in der Weise zu gewinn... daß man z.B. das Olefin epoxidiert, den Epoxidring mit Ammoniak öffnet und den gebildeten /3-Aminoalkohol über seinen Schwefel· säureester zum Aziridin umsetzt

Ferner ist es bekannt, zunächst ein N-subsutuiertes Aziridin herzustellen und dieses durch anschließendes N-ständigen Substituenien in das am Aziridin umzuwandeln. Dies, se aurch gemeinsame Anlagerung von Chlor und Aceiunitril an die Olefine, Hydrolyse der erhabnen Addukte zu ß-Chloralkylacylaminen. Cyclrernairenc» _h Basenem^rkung ^₁

aXÜSdÄTdenen in bekannter Weise d* N «3ÜZL. ^₀₆₅₀₃JJg_{n wiK}i in einem speziellen FaU -⁸N^U-Brom-stccfeimid als Halogenierungsmittel von d als Nitril verwendet Um zu den N-unsubsti-Aziridinen über N-substituierte Aziridine zu «relaneen Ut es weiterhin bekannt substituierte Azide Iη Oleftne unter BUdung von Tnazohnen anzulagern. Hie in einer Folgereaküon unter Sückstoffabspaltung zu S sLbSeVten Aziridinen führen. Ao Suckstoff unSstituierte Aziridine können dann nach diesem Verfahren durch Abspaltung des N-Suhst.tuenten m X!^™_Si_tSn Surfe-, beispielsweise mit uthiumalanat SterT werden. Als Azide können Cyanaztd oder, be, Einsatz geeigneter Olefine. Aztdoameisensaureester verwendet werden.

Lhüeßlich ist es bekannt Azidoameisensaureester „äoSS auch in der Weise zu am Stickstoff ^substituierten Aziridinen umzusehen, daß man aus Hem Ester durch Stickstoffabspaltung entstehendes iLSarboSylnitren auf das Olefin einwirken läßt wobei das substituierte Aziridin entsteht aus dem durch Abspaltung der Alkoxycarbonylgruppe das am Stick-Soffunsubstituierte Aziridin erhalten wird.

Der Herstellung von am Stickstoff unsubstituierten Aziridinen über die Nitrene weist den Nachteil auf, daß ÜäürdS- notwendigen Abspaltung des N-Subsmuemen lul'dem erhaltenen substituierten Azinam aie aus-Sgsstoffe für die Herstellung der N.trene schwer Sp'^: Ί sind und ihre Handhabung zudem nicht hnmer ungefährlich ist Außerdem verlaufen alle d.ese Verfahren über eine größere Zahl von Reaktionären. Zweck der Erfindung ist es. die geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden.

B bestand somit die Aufgabe. Aziridine der allgemeinen Formel I

R¹

(I)

Γ' Ν R*

η der R¹ R¹ R¹ "^{nd R4} Wasserstoff, eine Alkyl. Cyclo.lkil- od,r Aryl- oder eine sauerstoff- oder stickstoffhalfge Gruppe bedeuten oder die Gruppierung R' -C -R* bzw. R»-C - R⁴ oder d.e Gruppierung

ρι.Γ-C- R¹DZW. n.· -w -·- - r» «.r.^·. ~j r

scher. King bildet in einer einstufigen Reaktion unter Verwendung leicht zugänglicher und bequem handhabbarer Auseangsprodukte herzustellen.

SrTe Aüfglii *:rd erfindungsgemäß dadurch gelöst daß man ein Olefin der allgemeinen Formelif

(H)

in der R'. R². R^} und R- die obengenannte Bedeutung

haben, mit einem am Stickstof! unsubstituierten Oxaziridin, das am Ringkohlenstoff ein oder zwei Alkylgruppea. die zusammen mit einem C-Atom einen cyrloaliphatischen Ring bilden können, oder einen Arylrest trägt, in einem aprotiscben Lösungsmittel bei 5 Temperaturen von 50 bis 150⁰C umsetzt und das gebildete Aziridin in an sich bekannter Weise aus d«an Reaktionsprodukt isoliert.

Ais Lösungsmittel kann jedes aprotische Lösungsmittel verwendet werden, in dem die Oxaziridine beständig sind. Vorteilhaft arbeitet man in Toluol oder Chlorbenzol. Auch ein Überschuß von Olefin ist als Lösungsmittel geeignet

Die für die Umsetzung erforderlichen Oxaziridine können leicht aus Aldehyden oder Ketonen mit Ammoniak und Hypochloritlösungen oder mit Chioraminlösungen und Natronlauge oder auch mit Hydroxylamin-O-sulfonsäure und Natronlauge nach bekannten Verfahren in Lösung herstellt und ohne Isolierung verwendet werden.

Die für die Oxaziridinherstellung benötigte Carbonylverbindung wird bei der Aziridinbildung zurückgebildet und kann erneut für die Oxaziridinsynthese eingesetzt werden. Die für die Oxaziridinherstellung benötigten Carbonylverbindungen und Aminierungsreagenzien sind billige und technisch leicht zugängliche Verbindungen.

D'~ Reaklionsbedingungen sind sehr schonend, da die Reaktion thermisch verlauft und keine Katalyse durch Sturen oder Basen erfordert Die Arbeitstemperaturen liegen zwischen 50 und i5G°C. ab« ;r eisen» Temperaturbereich, in dem die gebildet η Aziridine stabil sind.

Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches kann in bekannter Weise durch Destillation oder Extraktion erfolgen. Sowohl bei der destillativen Aufarbeitung wie auch bei der Extraktion kann neben der dem Oxaziridin zugrunde liegenden Carbonylverbindung auch das überschüssige Olefin zui ackgewonnen werdea

Das nach beendeter Umsetzung gebildete Aziridin Wann mit wäßriger Säure extrahiert >nd die verbleibende, die Carbonylverbindung und üön:>cmj35iges OkHn enthaltenda Lösung erneut zur Herstellung von Aziril.nen verwendet werden, indem man die Carbonylverbindung durch Einwirkung einer wäßrigen Lösung eines Amtrier':ngsmittels in das entsprechende Oxaziridin überführt und das "--haltene Reaktionsgemisch nach Abtrennung der wäßrigen Phase erhitzt Dabei überträgt das Oxaziridin seine NH-Gruppe auf das Olefin, und es entst ent Aziridin.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bedeutenden vonciic auf. izZ ee. "O" leicht zugänglichen und bequem handhabbaren hinsatzprodukten ausgehend, einsiutig verlä'if' und dabei aus sterisch einheitlichen Olefinen sterisch einheitliche Aziridine gebildet werdea ss

Die gewonnenen Aziridine sind wertvolle Ausgangsprodukte für die Herstellung zahlreicher Subsian^kisssen von technischer Bedeutung, wie Schaumstabilisatoren. Pharmazeutika u. a.

der Theorie) 2-Phenyl-2-methyl-aziridin vom Siedepunkt 104⁰C bei 18 Torr.

Das verwendete 33-Pentamethylen-oxaziridin wird in folgender Weise hergestellt:

In einen 2-lite^-3chüueItrichter gibt man 500 ml Toluol, 100 ml Cyclohexanon, 100 ml 2n-wSßriges Ammoniak and 4§S«ü Eiswasser- Man schüttelt es gut durch und gibt 200 ml 038 m Natnümhypochioritiösung zu. Danach wird sofort 30 Sekunden kräftig geschüttelt, die wäßrige Phase abgetrennt und die organische Phase zweimal mit wenig Wasser extrahiert. Die organische Phase wird mit Natriumsulfat getrocknet und enthält

155 mfc'oi (73% der Theoris) 33-Pentamethylen-oxaziridia DL Gehaltsbestimraung erfolgt, indem man einen Teil der Lösung mit Kaliumiodid und Eisessig versetzt und das gebildete Jod mit Natriumthiosulfat titriert

Beispiel 2

⁴ 5 mMol 33-Diäthyl-oxaziridin in 650 ml Toluol und g (460 mMol) a-Methylstyrol erhitzt man 63 Stunden am Rückfluß. Man engt die Reaktionslösung am Rotationsverdampfer ein; den Rückstand fraktioniert man im Vakuum und erhält lJ96g (32% der Theorie) 2-Phenyl-2-methylazmdm vom Siedepunkt 94 bis 95°C bei 14 Torr.

Beisp.el 3

25 mMol 33-Pentamethylen-oxaziridin erhitzt man in 105 ml a-Methylstyrol innerhalb von 10 Minuten auf 150⁰C Man hält die Reakdonslösung 10 Minuten bei dieser Temperatur, wonach das eingesetzte Oxaziridin nicht mehr nachgewiesen werden kann. Msn esst die Reaktionslösung im Rotationsverdampfer ein· den Rückstand fraktioniert man i λ Vakuum und erhält 232 g (70% der Theorie) 2-Phenyl-2-methyl-aziridm vom Siedepunkt 104⁰C be» 18Torr.

Beispiel 4

20 mMol 33-Pentamethylen-oxa7Jridsn in 95 ml Toluol und 203 g (200 mMol) Styrol werden 2 Stunden am Rückfluß erhitzt Die Reaktionslösung wird im Rotationsverdampfer eingeengt-.den Rückstand fraktioniert man im Vakuum und efftlh i.2£g (5?% der Theorie) 2 Pheriyl-aziridin vom Siedepunkt 90 bis 93°C bei 10 Torr.

Betspiel S

IV) mMol 3-Phenyl oxaznid'm in 1,8 Uier loluol und

156 g (13 Mol) Styrol werden 30 Mmuier, am Rückfluß erhitzt Die Reaktionslösunp wird im Rotationsverdampfer eingeengt; den Rückstand fraktioniert man im Vakuui.i und erhält 7 g (39% der Theorie) 2 Phenyl azinain VU.U S-cdcp·-"!" ·*»^hi* «"C bei lOTorr

Beispiel 1

ö.i4 Mol 33-Pentamethylen-oxaziridin in 740 ml Toluol und 913 g (0,765 Mol) α-Meihylstyrot erhitzt man 3 Stunden -»m Rückfluß. Danach hat sich die Lösung rotorange gefärbt, und das eingesetzte Oxaziridin läßt sich nicht mehr nachweisen. Man engt die Reaktionslösung 0m Rotationsverdampfer auf etwa 80 ml und destilliert im Vakuum. Man erhält 12,1 g(65%

60

Beispiel b

20 mMol 33-Pentamt⁴hylen-oxaziridin in 90 ml ChSorbeniol und 232 g (200 mMol) lnden werden 35 Minuten am Rückfluß ei hii/t. Die R-eafcmw^Sfiiür.a wird im Vakuum eingeengt Der Rücksiand cntha'· ^!>^r'lg (20% der Theorie) 12 I micninssa das als N < Ph« n, · .1' H atnoyl)-1.2-indenimin vxn Schmelzpunkt M ' bis ■ 4f> ( identifiziert wird

V '■· 1 \ ρ ι e ! ? 20 mMol S^Peniameihyten osa 1 din 1 Ht ■

Toluol Und 13 g (97 TiMoi) ρ MsMhoxystyrut «,er.; ί.

1 Stunde am Rückflm erHi/i j)te l*eik<K>n^tlr>Min(» « ini am Verdampfer engt'·· 41 i¹ RucKsian 1 ι < ^k u< >r-n-· 1

man im Vakuum und erhält 134 g (45% der Theorie) 2-(p-Methoxyphenyl)-azindin vom Siedepunkt 85 bis 90°CbeitTorr.

Beispiel 8 _s

20 mMol 33-Pentamethylen-oxaziridin in 110 ml Toiuoi and S,4g (!GO mMol) Norbomen werden 6 Stunden am Rückfluß erhitzt Man destilliert im Vakuum das Lösungsmittel urd Cyclohexanon ab und erhält aus dem Rückstand 0,7 g (32% der Theorie) 3-Azabicyclo- ι ο [3.2.1,0²-⁴ «°]-octan vom Schmelzpunkt 80 bis 82°C

Beispiel 9

20 mMol 33-Pentamethyien-o£~L2ri*iin '— 120 ml Toluol und 18 g (100 Mol) l,l-Dipnsny!lih^:a erhitzt man 3 Stunden am RückfluS. Die Reaktionslösung enthält 2J gi68% der Theorie) 22-i- ^hnyl-aziridin.

Beispic: 10

40 mMol 33-Peniamethylen-oxazüridin in 200 ml Toluol und 23.6 g (200 mMol) /J-Methylstyrol erhitzt man 4 Stunden am Rückfluß. Die Reaktionslmurig wird am Verdampfer eingeengt; den Rückstand fraktioniert man im Vakuum und erhält 1,22 g (23% der Theorie) 2-Phenyl-3-methy!-aziridin vom Siedepunkt 111 bis 113^oCbei20Torr.

Beispiel 11

20 mMo! 33-PentamethyIen-oxaziridin in 100 ml Toluol und H^g(100mMol)trans-4-Methoxy-l-propenyi-benzol (Anethol) werden 23 Stunden am KückfluS erhitzt Die Reaktionsiösung enthält i,i7 g (36% der Theorie) trans-2-(p-Methoxy-phenyl)-3-methy5-aziridin.

Beispiel 12

250 mMol 33-Pentamethylen-oxaziridin in 1,15 Liter Toluol und 264 g (2 Mo5) Dicyclopentadien werden 1 Ui

35 Stunde am Rückfluß erhitzt Man erhält eine dunkelrote klare Reaktionslösung, die am Rotationsverdampfer auf etwa 70 ml eingeengt wird. Man destilliert im Vakuum und erhalt nach einem Vorlauf, bestehend aus überschüssigem Dicyclopentadien und Cyclohexanon. 14 g Rohprodukt, aus dem durch wiederholte Destillation 4 g (11% der Theorie) S.S-Dicyclopentadienimin vom Siedepunkt 75 bis 8O⁰C bei 0.1 Torr erhalten werden.

Beispiel 13

85 mMol 33-PentamethyIen-oxaziridin in 500 ml Toluol und 45 g (850 rnMol) Acylnitril erhitzt man 5 Stunden am Rückfluß. Die trübe Reaktionslösung filtriert man und engt das gelbe klare Filtrat im Vakuum auf etwa 15 ml ein. Anschließend fraktioniert man im Vakuum und erhä'.t 3,7 g (64% der Theorie) 2-Cyan-aziridin vom Siedepunkt 77 bis 78° C bei ü Torr.

Beispiel H

10 mMol 33-Pentamethylen-oXi --iridin in 80 ml Toluol werden nach Zusatz von 20,8 g (2CO mMol) Styrol 2 Stunden am Rückfluß erhitzt Das in 51%iger Ausbeute gebildete 2-Phenyl-aziridin wird durch zweimaliges Ausschütteln mit verdünnter Schwefelsäure extrahiert Die von Aziridin befreite toluolische Lösung wird mit 6,25 ml 2 η-wäßrigem Ammoniak und 30 ml Eiswasser versetzt und nach Zugabe von 12,5 mMo! einer 1 m-Natriumhyochloritlösung 30 Sekunden kräftig geschüttelt Man trennt die wäßrige Phase ab, schüttelt die ;oluolische Lösung zweimal mit Wasser aus und trocknet mit Natriumsulfat. Man erhitzt die Lösung zum Sieden und extrahiert das mit 42%iger Ausbeute gebildete 2-Phenjrl-aziridin mit verdünnter Schwefelsäure. Aus den sei wefelsauren Extrakten wird das 2-Phenyl-aziridin dunh Alkalisieren unter Kühlung und Extraktion isoliert

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   #yerfahren zur Herstellung von Aziriainen der allgemeinen Formel I

   R¹

   i'

   (I)