DE2365302C3 - Verfahren zur herstellung von 2- amino-nicotino-nitrilen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von 2- amino-nicotino-nitrilen

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DE2365302C3 DE19732365302 DE2365302A DE2365302C3 DE 2365302 C3 DE2365302 C3 DE 2365302C3 DE 19732365302 DE19732365302 DE 19732365302 DE 2365302 A DE2365302 A DE 2365302A DE 2365302 C3 DE2365302 C3 DE 2365302C3
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Description

IO
in der X entweder ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man ein l-Alkoxy-^-dicyano-l,3-butadien der allgemeinen Formel II
Alkoxy — CH=C-CH=C
CN
(H)
20
CN
in der X die obige Bedeutung aufweist und Alkoxy eine 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisende Alkoxygruppe bedeutet, mit Ammoniak bei 25 bis 1500C umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung mit überschüssigem Ammoniak erfolgt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung »on 2-Amino-nicotino-nitrilen der allgemeinen Formel I
(D
in der X entweder ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein l-Alkoxy-4,4-(dicyano-1.3-butadien der allgemeinen Formel Il
CN
Alkoxy — CH = C-CH=^C
I \
X CN
(ID
in der X die obige Bedeutung aufweist und Alkoxy eine 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisende Alkoxygruppe bedeutet, mit Ammoniak bei 25 bis 150° C umsetzt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen eignen sich als Zwischenprodukte zur Herstellung von herbizid wirksamen 2-substituierten Pyrido[2,3-d]-, Pyrido[3,4-d]- und Pyrido[4,3-d]-pyrimidin-4(3 H)-onen.
Die erfindungsgemäß als Ausgangsverbindungen zu verwendenden l-Alkoxy-4,4-dicyano-l,3-butadiene werden dadurch hergestellt, daß man eine äquimolare Menge eines 1,1,3,3-TetraaIkoxypropans, dessen Alk- fo oxygruppe 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, mit Malonsäuredinitril in Gegenwart von mindestens 3 Mnlnouivalcnten eines Alkansäureanhydrids, dessen Alkansäurerest 2 bis 4 Kc hlenstoffatome enthalt, bei 30 bis 200° C in Kontakt bringt Das sich so gebildete l-Alkoxy-4,4-dicyano-1.3-butadien wird dann mit der mindestens äquimolaren Menge Ammoniak bei 25 bis 1000C umgesetzt.
Bei der zur Herstellung der Ausgangsverbindungen beschriebenen Reaktion ist es häufig angebracht, obgleich kein Lösungsmittel erforderlich ist, einen Überschuß des Anhydrids für diesen Zweck zu verwenden.
Die Reaktionstemperaturen sind nicht k-itisch, jedoch wird vorzugsweise die Kondensation bei erhöhten Temperaturen, wie beispielsweise zwischen 50 und 150° C, durchgeführt.
Die Reaktionszeit ist eine Funktion aus Temperatur, Konzentration und Reaktionsfähigkeit der Reaktionsteilnehmer und schwankt im allgemeinen zwischen 12 und 72 Stunden Die Verwendung eines Katalysators, wie einer Lewis-Säure und insbesondere von Zinkchlorid, kann die Reaktionszeit beispielsweise auf 2 bis 4 Stunden herabsetzen.
Mit katalytischen Mengen der vorstehend genannten Lewis-Säuren sind solche Mengen gemeint, die weniger als äquivalente Mengen und sogar nur 2,5 Mol-% betragen können. Ein bevorzugter Bereich von 2,5 bis 10 Mol-% solcher Lewis-Säuren, wie Zinkchlorid, Aluminiumchlorid oder Bortrifluorid, verursacht eine bemerkenswerte katalytische Wirkung bei der vorstehend beschriebenen Kondensation.
Die Isolierung des l-Alkoxy^-dicyano-l^-butadiens kann nach Entfernung vom größten Teil des überschüssigen Anhydrids entweder durch Verdünnen mit Wasser und anschließendem Abfiltrieren der Feststoffe oder durch Destillation erfolgen.
Das vorstehend genannte Butadien wird dann erfindungsgemäß vorzugsweise mit Ammoniak in einem Lösungsmittel, wie Methanol, Chloroform, Tetrahydrofuran, Benzol oder Acetonitril, umgesetzt oder aber es kann Ammoniak, das in einer wäßrigen Lösung gelöst ist, direkt dem Reaktionsgemisch zugesetzt werden, nachdem dasselbe volumenmäßig eingeengt worden ist. Bei dieser letzteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erübrigt sich die Isolierung und Reinigung des 1 Alkoxy^-dicyano-l^-butadiens.
Wenn ein nichtwäßriges Lösungsmittel als Kontaktphase für die Reaktion des l-Alkoxy^^-dicyano-LS-butadiens mit Ammoniak verwendet wird, kann das Ammoniak in die Reaktionslösung eingeblasen oder wäßriges Ammoniumhydroxid zugesetzt werden.
Obgleich die theoretisch erforderliche Ammoniakmenge 1 Moläquivalent beträgt, wird vorzugsweise ein 5- bis 50facher Überschuß verwendet.
Im allgemeinen wird außerdem vorzugsweise die Reaktion auf 30 bis etwa 75'C erhitzt, wobei diese Reaktionstemperaturen eine 2- bis 12stündige Reaktionszeit erfordern.
Das Verfahrensprodukt wird dadurch isoliert, daß man das Reaktionsgemisch einengt und anschließend in einem geeigneten Lösungsmittel zerreibt und filtriert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man l-Melhoxy^-dicyano-l.S-butadien, das durch Kondensation von 1,1,3,3-Tetramethoxypropan mit Malonsäuredinitril in Gegenwart von Essigsäureanhydrid und einer katalytischen Menge Zinkchlorid bei 50 bis 150°C hergestellt wurde, als Ausgangsverbindung und setzt letztere anschließend mit Ammoniak bei etwa 30 bis etwa 75° C um.
ifi
65 302
Die Verbindungen zur Herstellung der vorstehend genannten Ausgangsverbindungen sind entweder handelsübliche Reagentien oder werden nach bekannten Methoden hergestellt.
Bei einer weiteren Variante zur Herstellung der 2-Amino-nicotino-nitrile werden die durch Umsetzung einer Verbindung der allgemeinen Formel III Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Synthese von 2-Amino-5-alkyl-nicotinonitrilen besteht darin, daß man ein darch Kondensation eines 1,1-Dicyanopropylens der allgemeinen Formel IV
XCH2CH=C(CN)2
(IV)
XCH7CH-C
CN
(1II)
CN in der X einen Methylrest oder einen i-Propylrest bedeutet, mit Triäthylorthoformiat in Gegenwart von Essigsäureanhydrid bei etwa 100 bis etwa 1500C hergestelltes 1 -Äthoxy^-alkyl-^-dicyano-13-butadien der allgemeinen Formel V
in der X einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, mit äquimolaren Mengen eines Trialkylorthoformiats. dessen Alkylrest 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, in Gegenwart von mindestens 2 äquimolaren Mengen eines Alkansäureanhydrids, dessen Alkansäurerest 2 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, bei 75 bis 175° C hergestellten 1 - Alkoxy-2-alky 1-4,4-dicyano-1,3-butadiene mit äquimolaren Mengen Ammoniak bei 25 bis 150° C umgesetzt.
Theoretisch werden zur Herstellung der Ausgangsverbindungen in vorstehender Reaktion äquimolare Mengen von 1,1-Dicyanoalkylen und Trialkylorthoformiat verwendet, jedoch kann ein Überschuß von 100% des letzteren Reagens verwendet werden.
Die Reaktion kann zwar ohne Lösungsmittel durchgeführt werden, jedoch wird vorzugsweise ein Lösungsmittel verwendet, üblicherweise ein Oberschuß des Alkansäureanhydrids.
Die Reaktion wird am besten bei erhöhten Temperaturen durchgeführt, häufig bei der Rückflußtemperatur des Reaktionsgemischs, vorzugsweise bei 100 bis 150° C Es können jedoch auch Temperatu-en oberhalb und unterhalb dieses Bereiches mit Erfolg angewandt werden. Bei den vorstehend genannten Temperaturen schwankt die Reaktionszeit zwischen 12 und 24 Stunden. Die Verwendung von Lewis-Säuren, insbesondere Zinkchlorid, in katalylischen Mengen kann die Reaktionszeit auf etwa 4 bis 8 Stunden herabsetzen.
Bevorzugte katalytische Mengen solcher Lewis-Säuren, wie Zinkchlorid, Aluminiumchlorid oder Bortrifluorid. betragen 2,5 bis 20 Mol-%.
Zwar wird insbesondere aus wirtschaftlichen Erwägungen die Ausgangsverbindung nicht isoliert und gereinigt, jedoch gehl der anschließenden Kondensation der Ausgangsverbindung mit Ammoniak die Entfernung von jeglichem überschüssigen Alkansäureanhydrid unter vermindertem Druck voraus.
Das den Rückstand bildende l-Alkoxy-2-alkyl-4,4-dicyano-1,3-butadien wird mit Ammoniak, vorzugsweise in einem reaktionsinerten Lösungsmittel, wie Acetonitril, Tetrahydrofuran, Chloroform oder einem niederen Alkanol, umgesetzt Es werden zwar nur äquimolare Mengen Ammoniak gebraucht, jedoch wird in der Praxis im allgemeinen ein Überschuß an Ammoniak durch eine Lösung der Ausgangsverbindung in einem geeigneten Lösungsmittel so lange durchgeblasen, bis die Lösung gesättigt isL Das Reaktionsgemisch wird außerdem vorzugsweise auf die Rückflußtemperatur des Lösungsmittels erhitzt, um die Reaktion in einer angemessenen Zeit zu beenden.
Die Isolierung des Verfahrensprodukts wird dadurch erleichtert, daß man das Lösungsmittel im Vakuum entfernt, den Rückstand in einem geeigneten Lösungsmittel zerreibt und anschließend filtriert.
QH5OCH=C(X)-CH=C(CN)2
(V)
in der X einen Methyliest oder einen i-Propylrest bedeutet, mit Ammoniak umsetzt Vorzugsweise wird die Kondensation unter Verwendung von Triäthylorthoformiat in Gegenwart einer Lewis-Säure, wie Zinkchlorid, durchgeführt.
Die Ausgangsstoffe für das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der allgemeinen Formel V sind entweder im Handel erhältlich oder lassen sich durch in der Literatur beschriebene Verfahren herstellen. Beispielsweise werden die Alkjlidenmalonsäuredinitrile der allgemeinen Formel VI
XCH2CH = C(CN)2
(VI)
in der X einen Methyl- oder i-Propylrest bedeutet, nach dem von Cope et al., vgl. J. Am. Chem. Soc, 63, 733 (1941), beschriebenen Verfahren synthetisiert, während die Trialkylorthoformiate nach der Methode von M ο c h e 1 el al, vgl. ]. Am. Chem. Soo, 70, 2268 (1948), hergestellt werden.
Wie bereits erwähnt, dienen die erfindungsgemäß hergestellten Produkte als Zwischenprodukte zur Herstellung von herbizid wirksamen Pyridopyrimidin-4(3 H)-one;i.
Das Syntheseschema, das zu den herbizid wirkenden Pyridopyrimidin-4(3 H)-onen führt, ist folgendes:
(RCO)2O
oder RCOCl
NH,
CN
NHCOR
Das entsprechende Aminocyanopyridin, dessen Rest X vorstehende Bedeutung hat, wird mit einem geeigneten Säureanhydrid oder -halogenid acyliert. Eine molare Menge eines geeigneten tertiären Amins wird als Spülmittel verwendet, wenn ein Säureanhydrid als Acylierungsmittel verwendet wird.
Die Reaktion wird am zweckmäßigsten in einem reaktionsinerten Lösungsmittel, wie Acetonitril, Tetrahydrofuran oder Chloroform, unter Verwendung von äquimolarsn Mengen an Amin und Acylierungsmittel durchgeführt, wobei letzteres in einem Überschuß von 100 bis 200% verwendet werden kann. Die Reaktions-
zeit ist nicht kritisch, und die Reaktion kann in mehreren Stunden bei Umgebungstemperatur beendet oder fast beendet sein. Das als Zwischenprodukt sich bildende Acylaminocyanopyridin wird am einfachsten durch Entfernung des Lösungsmittels und Zerreiben des Rückstandes mit Wasser isoliert
Bei der Oberführung der erfindungsgemäß hergestellten Zwischenprodukte in die Endprodukte erfolgt partielle Hydrolyse des Cyanorests in einen Carboxamidrest und spontane Cyclisierung zu den gewünschten Produkten. Um diese Umwandlung zu bewirken, genügt die Verwendung von verdünntem wäßrigen Wasserstoffperoxid in verdünnter Natronlauge bei Temperaturen von 50 bis 70° C während einiger Minuten bis zu mehreren Stunden. Das Produkt wird durch Ansäuern des Reaktionsgemischs und anschließendem Abfiltrieren der Feststoffe isoliert.
Die mit Hilfe der erfindungsgemaß hergestellten Verbindungen erhältlichen Pyridopyrimidin-4(3 H)-one erwiesen sich als hochwirksame Vorauflauf- und Nachauflaufherbizide.
Nachstehende Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
B e i s ρ i e 1 1
2-Amino-nicotino-nitril
A. 1 -Methoxy^^-dicyano-1,3-butadien
Eine Lösung von 2,0 g (31 mMol) Malonsäuredinitril und 5 g (31 mMol) 1,1,3,3-Tetramethoxypropan in 12 ml Essigsäureanhydrid wurde 24 Stunden lang unter Rückfluß erhitzt Das Reaktionsgemisch wurde destilliert, wobei die Nebenprodukte von niedrigerem Siedepunkt und das Lösungsmittel von dem Produkt getrennt wurden. Die Fraktion, welche das Reaktionsprodukt enthielt, wurde mit Wasser verdünnt und der erhaltene Niederschlag wurde filtriert und aus einem Isopropanol-Wasser-Gemisch umkristallisiert, wobei 1,0 g vom Schmelzpunkt 74 bis 76°C erhalten wurde.
B. 2-Amino-nicotino-nitril
In eine Lösung von 500 mg (3,7 mMoi) 1-Methoxy-4,4-dicyano-l,3-butadien in 10 ml Methanol ließ man langsam Ammoniakgas einperlen, bis die Lösung gesättigt war. Die Gaszuführung wurde abgebrochen, und das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen. Das Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck abgezogen, und der feste Rückstand wurde mit einer geringen Menge Isopropanol verrieben, filtriert und getrocknet, wobei 100 mg vom Schmelzpunkt 130 bis 133°C erhalten wurden. Eine kleine Probe wurde durch Sublimation gereinigt und zeigte einen Schmelzpunkt von 133 bis 134° C.
Beispiel 2
2-Amino-nicotino-nitril (ZnCh-Katalysator)
Eine Lösung von 41 g (0,25 Mol) 1,1,3,3-Telramethoxypropan in 51 ml Essigsäureanhydrid wurde portionsweise mit 1,5 g (0,01MoI) wasserfreiem Zinkchlorid versetzt, wobei die Temperatur der Lösung auf etwa 90"1C anstieg. Nachdem die Zugabe beendet war, wurde die Temperatur gesteigert, und es wurden Rückflußtemperaturen aufrechterhalten, während 9,2 g (0,14 Mol) Malonsäuredinitril in 10 ml Essigsäureanhydrid während eines Zeitraums von 1 Stunde zugegeben wurden, rw Rückfluß wurde 2,5 Stunden aufrechterhalten, wonach die Lösung gekühlt und das Volumen des Reaktionsgemisches unter vermindertem Druck auf 50% eingeengt wurde. Die Restmenge wurde in eine Destillationsapparatur gebracht, und die bei 122 bis 'i32cC/0,2mm destillierende Fraktion wurde abgetrennt, wobei 7,0 g des gewünschten Ausgangsproduktes erhalten wurden.
Eine Lösung von 2,68 g (0,02 Moi) dieses Produktes in 120 ml Methanol wurde mit 105 ml einer 30%igen wäßrigen Ammoniumhydroxidlösung versetzt und das Reaktionsgemisch wurde 2 Stunden lang auf Rückflußtemperatur erwärmt Das Lösungsmittel wurde im Vakuum abgezogen und der Rückstand in 200 ml Chloroform aufgenommen und mit Entfärbungskohle behandelt Nach Entfernung des Lösungsmittels von der Filtrierten Lösung und Verreiben des Rückstandes in einem Gemisch von Petroläther und Hexan wurden 1,64 g 2-Amino-nicotino-niiril mit einem Schmelzpunkt von 131 bis 133°C erhalten, welches mit dem in Beispiel 1 erhaltenen Produkt identisch war.
Beispiel 3
Das Verfahren des Beispiels 2 wurde unter Verwendung von 9,6 kg 1,1,3,3-Tetramethoxypropan. 702 g Zinkch'.orid, 2.2 kg Malonsäuredinitril und 12,91 Essigsäureanhydrid mit der Ausnahme wiederholt daß am Ende des Rückflußzeitraumes das Reaktionsgemisch filtriert und das Filtrat bei Wasserstrahlpumpendruck und 50c C eingeengt wurde, bis eine sehr geringe Menge an flüchtigen Bestandteilen sich angesammelt hatte. Der Rückstand wurde sodann mit insgesamt 20 kg einer 30%igen wäßrigen Ammoniumhydroxidlösung behandelt ohne Isolierung oder Bestimmung des als eigentliches Ausgangsprodukt anfallenden Butadien-Derivates.
Nach Zugabe der wäßrigen Ammoniumhydroxidlö· sung wurde der Rückfluß 30 Minuten lang aufrechterhalten und das Reaktionsgemisch in einer dem Beispiel 2 gleichen Weise aufgearbeitet, wobei insgesamt 1,55 kg 2-Amino-nicotino-nitril erhalten wurden.
Beispiel 4
2-Amino-5-methyl-nicotino-nitril
Propylidenmalonsäuredinitril, welches nach dem Verfahren gemäß J. Am. Chem. Soc 63,733 (1941) durch Kondensation von 29,0 g (0,5 MoI) Propionaldehyd mit 39,6 g (0,5 Mol) Malonsäuredinitril erhalten worden war, wurde mit 250 ml Essigsäureanhydrid und 50 ml Triäthylorthoformiat versetzt und die erhaltene Lösung 18 Stunden lang unter Rückfluß erwärmt. Das Reaktionsgemisch wurde im Vakuum eingeengt und der ölige Rückstand des Produktes in 250 ml Acetonitril aufgenommen. Man ließ durch die Lösung 1,5 Stunden lang Ammoniakgas perlen, wonach das Reaktionsgemisch 3 Stunden lang unter Rückfluß gehalten wurde. Das Lösungsmittel wurde von der filtrierten Lösung unter vermindertem Druck abgezogen und der teilweise erstarrte Rückstand in Diäthyläther verrieben. Das Rohprodukt wurde filtriert und aus einer geringen Menge isopropanol umkristallisiert. Schmelzpunkt: 165 bis167°C.
Beispiel 5
2-Amino-5-isopropyl-nicotino-nitril
50 g Isovalerylaldehyd und 35 g Malonsäuredinitril wurden in 200 ml Benzol vereinigt und bei Raumtempc-
35
40
50
ratur gerührt. Man setzte 1 g Ammoniumacetat zu und ließ das Reaktionsgemisch über Nacht stehen; Die Feststoffe wurden abfiltriert, die Benzolschicht abgetrennt und über Magnesiumsulfat getrocknet. Nach ' Entfernen des Lösungsmittels ini Vakuum blieb die gewünschte Ausgangsverbindung als helibrangefarbiges öl zurück.
71g des Öls, 250 ml Essigsäureanhydrid, 80 ml Äthylorthoformiat und 1 g Zinkchlorid wurden vereinigt und unter einer Stickstoffatmosphäre 8 Stunden lang auf 1200C erhitzt.
Das Gemisch wurde gekühlt und tropfenweise zu 300 ml Ammoniumhydroxid zugesetzt. Während der
Zugabe, die 45 Minuten dauerte, mußte gekühlt werden um die Temperatur auf 30 bis 4O0C zu halten. Nachdem die Zugabe beendet war, wurde das Gemisch 1 Stunde lang auf Dampfbadtemperatur erhitzt und anschließen auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Gemisch wurdi nacheinander mit 5 χ 200 ml Chloroform und Äthylace tat extrahiert. Die Extrakte wurden vereinigt und da; Produkt mi. 4 χ 200 ml In Salzsäure extrahiert. Dis sauren Extrakte wurden vereinigt, mit 200 ml Äthylace tat gewaschen und mit 50%iger Natronlauge auf einet pH-Wert von 7,5 neutralisiert Das dabei entstehende Produkt wurde abfiltriert und getrocknet; Ausbeute 25 g; Schmelzpunkt 113 bis U5°C.

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  1. ■*. Patentansprüche:
    ' ■ * 1. Verfahren zur Herstellung von 2-Amino-nicoti-, nonitrilen der allgemeinen Formel 1
    CN
    NH,
    (D
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