DE2410988A1

DE2410988A1 - Verfahren zur herstellung von 2-aminobutanol

Info

Publication number: DE2410988A1
Application number: DE2410988A
Authority: DE
Inventors: Czeslaw Prof Dr Belzecki; Witold Dr Tomasik; Jerzy Dr Trojnar
Original assignee: Polska Akademia Nauk Instytut
Current assignee: Polska Akademia Nauk Instytut
Priority date: 1973-03-20
Filing date: 1974-03-07
Publication date: 1974-10-17
Also published as: JPS49125312A; PL86547B1; FR2222354B3; US3953512A; NL7403599A; HU166143B; IT1007660B; RO72478A; DE2410988B2; SU496720A3; DD111901A5; GB1428872A; FR2222354A1

Description

Polska Akademia Nauk 7. März 1974

Instytut Ohemii Organicznej, Ab/Hu

Warszawa, Polen PL 3/74-

Verfahren zur Herstellung von 2-Aminobutanol

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von 2-Aminobutanol, das als Zwischenprodukt zur Herstellung von Butanolderivaten mit biologischer Wirkung dient.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von 2-Aminobutanol beruht auf der Kondensation von 1-Nitropropan mit Formaldehyd und der Reduktion des erhaltenen 2-Nitrobutanols. Dieses Verfahren ist einfach im technischen Maßstab durchzuführen, erfordert aber die Verwendung von 1-Nitropropan als Rohstoff, dessen Herstellung auf dem Wege der Paraffinnitrierung umständlich und kompliziert ist, weil eine ganze Menge von Nitroparaffinen erhalten wird, die sich schwer trennen lassen.

Von den anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von 2-Aminobutanol sollen die Reduktion von 2-Propyl-3-nitroso-4~ äthyloxazolidin, die Reduktion der Aminobuttersäureester und

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die hydrogenolytische Spaltung von N-Benzylaminobutanol genannt werden.

Diese Verfahren können im technischen Maßstab wegen der schwer zugänglichen Eohstoffe und Eeagenzien nicht angewandt werden. Sie sind lediglich von präparativer Bedeutung.

Das Ziel der Erfindung ist die Ausarbeitung eines Verfahrens zur Herstellung von 2-Aminobutanol aus einem billigen und allgemein zugänglichen Bohstoff unter Verwendung einfacher technologischer Operationen.

Es wurde festgestellt, daß dieses Ziel erreicht wird, indem man auf 1,2-Epoxybutan oder isomere Butylenhalogenhydrine, die auf bekannte Weise aus 1-Buten gewonnen werden, mit Ammoniak einwirkt und das gewonnene Gemisch von Aminobutanolisomeren durch Esterifizierung (Veresterung) mit Schwefelsäure und darauffolgende Einwirkung von Alkalimetallhydroxid in 2-Äthylaziridin überführt, wonach dieses 2-Äthylaziridin einer Reaktion mit aromatischer Garbonsäure zur Bildung von 2-Aminobutanolamid oder von polymeren 2-Aminobutanolamid unterworfen wird, das anschließend mit einer Mineralsäure hydrolysiert wird.

Das Verfahren nach der Erfindung ist auf dem nachfolgend angegebenen Eeaktionsschema dargestellt, wo X ein Halogenatom und Ar ein Arylradikal bedeuten.

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CH₃CH₂-

CH3CH2 —

CH₃CH₂-

CH- V	··	\	V- CH₃CH₂-CH-	■
		/ " OH	CH₂
CH- I c	I	/ CH₃CH₂- CH - / I	I NH₂
OH	X	t I NH₂	CH₂ I
CH- I	CH₂ I		I OH
I χ	OH

"CH₃CH₂ CH CH₂ NH

CH₃ CH₂ — CH CH₂

NH₂ OH

CH₃CH₂ CH CH₂

NH OH

COAr

Nach der Erfindung wird die !Reaktion von 2-Epoxybutan oder von Butylenhalogenhydrinen, d.h. von i-Hydroxy-2-halogenbutan und 1-Halogeno-2-hydroxybutan mit Ammoniak vorteilhafterweise in wäßriger Lösung unter Benutzung eines Überschusses an Ammoniak durchgeführt. Bei Verwendung von Butylenhalogenhydrinen als Eohstoff bildet sich, wie aus den Arbeiten über den Mechanismus solcher Reaktionen bekannt ist, 1,2-Epoxybutan als Zwischenstufe, das mit dem Überschuß an Eeagenten in einer weiteren Stufe des Pro/zesses ein Gemisch von isomeren Aminobutanolen mit großem Überschuß von 1-Amino-2-butanol . >.

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verglichen mit 2-Aminobutanol gibt. Ein solches Gemisch läßt
sich nicht nach den üblichen Methoden trennen, wie z.B. fraktionierte Destillation oder Kristallisation der einfachen Salze. Die quantitative Zusammensetzung des Gemisches isomerer
Aminobutanole übt keinen Einfluß auf den weiteren Verlauf des Herstellungsprozesses aus, und so wird dann dieses Gemisch auf bekannte Weise in 2-Äthylaziridin überführt, z.B. auf dem Wege der Veresterung der Hydroxylgruppen mit Schwefelsäure mit darauffolgender intramolekularer Alkylierung der Aminogruppen im alkalischen Medium, vorteilhaft im Medium des Alkalimetallhydroxide s.

Das gebildete 2-Äthylaziridin wird danach saurer Hydrolyse zu dem entsprechenden Amid des 2-Aminobutanols unterworfen, wobei man in Abhängigkeit von dem verwendeten Säuremittel monomeres oder polymeres Amid erhält. Nach der Erfindung wird als Säuremittel aromatische Carbonsäure, wie Benzoesäure, oder Anhydrid einer aromatischen ortho-Dicarbonsäure, wie Phthalsäureanhydrid, verwendet.

Die letzte Stufe des Prozesses nach der Erfindung ist die Hydrolyse des erhaltenen 2-Aminobutanolamids, die unter Verwendung einer Mineralsäure, insbesondere der Salzsäure, durchgeführt wird.

Die während der Reaktion freiwerdende aromatische Carbonsäure wird aus dem Eeaktionsmedium entfernt, vorteilhaft durch Destil-

lation oder Filtration.

Das Verfahren nach der Erfindung ist mehrstufig, aber tirotzdem durch große Einfachheit der durchgeführten Operationen gekennzeichnet. Es wird in wäßrigen oder organischen Lösungen durchgeführt, wie Chloroform oder Benzol, die sich einfach wiedergewinnen lassen. Der Prozeß wird in einfachen Geräten durchgeführt, da er weder hohe Temperaturen noch hohe Drucke erfordert.

Die Rohstoffe zu diesem Prozeß sind leicht zugänglich und können nach bekannten Verfahren hergestellt werden. So werden Butyl enhal ο genhydr ine aus 1-Buten durch Einwirkung von entweder Alkali- oder Erdalkalimetallhypochloriten, oder Brom in wäßriger Lösung von Natrium- oder Kaliumbromid, oder Brom-Bernsteinsäureimid, oder H-Halogenaminen, wie N-Chloramin oder N-Chloramid, oder organischer Hypochlorite, wie t-Butylhypochlorit hergestellt.

Die Herstellung von 1,2-Epoxybutan bereitet auch keine Schwierigkeiten und beruht entweder auf der Einwirkung von Alkalimetallhydroxiden auf die oben genannten Butylenhalοgenhydrine, oder auf der katalytisehen Oxydation von 1-Buten.

Die untenstehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele dienen zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung, ohne ihren Anwendungsbereich zu beschränken.

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Beispiel 1:

74- g 1,2-Epoxybutan werden bei Zimmertemperatur in 2,0 1 25prozentiger wäßriger Ammoniaklösung gelöst und 3 Tage bei Zimmertemperatur stehengelassen. Nach dieser Zeit wird der Überschuß an wäßriger Ammoniaklösung unter Benutzung einer kurzen (30 cm) Destillationskolonne unter Normaldruck abdestilliert.

Die Destillation führt man bis zum Erreichen einer Temperatur von 100 bis 102°C durch.

Danach wird die Destillation unter vermindertem Druck fortgesetzt und nach Verwerfen eines kleinen Vorlaufes die Fraktion 74- bis 78°C/12 mm Hg gesammelt. Das erhaltene Produkt enthält Wasser, das durch Trocknen über festem KOH und nochmalige Destillation entfernt wird. Ausbeute ca. 65 bis 70 Prozent. Das Produkt ist ein Gemisch von 1-Amino-2-butanol und 2-Aminobutanol mit einem großen Überschuß an dem ersteren.

89 g von dem Gemisch der Aminobutanolisomere, hergestellt wie oben angegeben, löst man in 400 ml Toluol, gibt unter Kühlen 98 g konzentrierte Schwefelsäure hinzu, bringt das Gan® in eine Destillationsapparatur mit Wasserabscheider und destilliert das Wasser als Toluolazeotrop ab. Die Reaktion wird fortgesetzt, bis in dem Wasserabscheider ca. 17 ml Wasser gesammelt werden. Danach wird Toluol in einem !Rotationsverdampfer abgedampft, zu dem Kickstand werden 4-00 ml Wasser und unter Kühlen eine aus

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230 g KOH hergestellte 50prozentige ΚΌΗ-Lösung zugegeben, das Ganze wird in eine Destillationsapparatur mit 4-0 cm-Kolonne gebracht und bis zum Erreichen einer Temperatur von 1o0⁰C de-.stilliert. Zu dem Destillat gibt man festes KOH bis zur deutlichen Trennung der Schichten hinzu. Die organische Phase wird getrennt, nochmals getrocknet und destilliert. Es werden 40 g 2-Äthylaziridin erhalten, was eine Ausbeute von 56 Prozent darstellt.

7,1 g des auf die oben angegebene Weise hergestellten2-.fi.thylaziridins werden in 50 ml Chloroform gelöst. Man gibt unter Kühlen 14,8^: g fein gepulverten Phthalsäureanhydrid hinzu, erwärmt das Ganze 3 Stunden lang und dampft bis zur Trockne in einem Rotationsverdampfer ab. Den Rückstand bildet amorphes Polyamid.

Dieses Produkt wird in 100 ml Salzsäure versetzt und 3 Stunden lang zum Sieden erhitzt. Nach der Abkühlung wird erneut Phthalsäure abfiltriert (zusammen ca. 16 g), das Filtrat stark mit 30prozentigenr Natriumhydroxid alkalisiert und einige Male mit Benzol extrahiert. Die Ausbeute an 2-Aminobutanol beträgt 4,5 g, was 50 Prozent entspricht.

Beispiel 2; .

58 g Benzoesäure löst man in 500 ml Chloroform, gibt unter Rühren 10,6 g Ithylaziridin hinzu, das nach dem 1. Beispiel hergestellt wurde, erwärmt das Ganze unter Rückfluß 2 Stunden lang

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und läßt es 2 Tage lang bei Zimmertemperatur stehen. Nach dieser Zeit wird das Raktionsgemisch auf gesättigte wäßrige Natriumbicarbonatlösung gegossen und gerührt. Die Phasen werden getrennt, die organische Phase zweimal mit wäßriger Natriumbicarbonatlösung geschüttel und getrockenet. Das Lösungsmittel wird abgedampft, zu dem Rückstand werden 100 ml Benzol zugegeben, gerührt und für einige Stunden stehengelassen. Die ausgeschiedenen Amidkristalle werden abfiltriert und mit einer geringen Menge Benzol gewaschen. Die vereinigten Benzolfiltrate dampft man zur Hälfte ein, läßt zur Kristallisation stehen und scheidet eine weitere Portion von dem Amid ab. Zu dem Filtrat gibt man Petroläther bis zur ersten Trübung hinzu, läßt zur Kristallisation stehen und scheidet noch eine kleine Menge von dem Amid ab. Insgesamt werden ca. 20 g N-Benzoil-2-aminobutanol erhalten.

Die Reinheit des Amids wurde mit Hilfe der Dünnschichtchromatographie bestimmt, wobei man Silicagel mit einem Zusatz von Luminophor verwendete. Das Chromatogramm wurde mit einem Gemisch Benzol : Äfher = 1:4 entwickelt und in UY-Licht geprüft.

Das ganze auf obige Weise erhaltene Amid versetzt man mit 150 ml 30prozentiger Salzsäure und erwärm't 4 Stunden lang unter Rückfluß.

Die abgeschiedene Benzoesäure destilliert man mit Wasserdampf ab. Zu dem abgekühlten Rückstand gibt man 20prozentige Natriumhydroxidlösung bis zur Neutralität hinzu, extrahiert einige Male mit A'ther, trocknet die Ätherschicht und dampft sie ab.

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Der Rückstand wird unter vermindertem Druck destilliert, wobei man die bei 75 bis 77°O/1O bis 12 mm Hg siedende Fraktion, sammelt. Die Ausbeute beträgt 7j6 g von 2-Aminobutanol, was 85 Prozent, bezogen auf das eingesetzte Amid, und 61 Prozent, bezogen auf das eingesetzte 2-Athylaziridin, entspricht.

Das in der Reaktion verwendete 2-Äthylaziridin stellt man nach dem im 1. Beispiel beschriebenen Verfahren oder auf folgende Weise her: 89 g isomere Aminobutanole mit beliebiger Zusammensetzung der Isomeren werden unter Kühlen mit 50prozentiger wäßriger Schwefelsäure (ca. 75 ml) bis zur Neutralität gegen Methylorange versetzt und danach wird noch einmal genau dieselbe Menge verdünnter 5Qprozentiger Schwefelsäure hinzugefügt. Das Ganze wird im Rotationsverdampfer abgedampft, bis fester Niederschlag erhalten wird. Dieser Niederschlag wird nach Zerkleinerung bis zur konstanten Masse getrocknet.

Zu der gekühlten wäßrigen Lösung des gebildeten Sulfats in 400 ml Wasser gibt man langsam unter Rühren und Kühlen eine Lösung von 200 g KOH in 200 ml Wasser hinzu, bringt das Ganze in eine Destillationsapparatur und erwärmt langsam. Nach einer Zeit scheidet sich kristalliner Niederschlag von Kaliumsulfat und bei einer Temperatur von ca. 85°C beginnt das Produkt zu destillieren. Zu dem gesammelten Destillat gibt man festes KOH bis zur deutlichen Phasentrennung hinzu, trennt die organische Phase ab, trocknet über festem KOH und destilliert. Ausbeute ca. 60 g (85 Prozent), Siedetemperatur 89 bis 91⁰G.

Das für die weiteren Eeaktionen benutzte Gemisch von isomeren Aminobutanolen (2-Aminobutanol und 1-Amino-2-butanol mit Überschuß an dem zweiten) wird alternativ auf folgende Weise hergestellt: A-OO ml 26prozentige wäßrige Ammoniaklösung (ca. 5»6 Mol) mischt man mit 21,6 g von einem Gemisch der Butylenchlorhydrine (ca. 15 Prozent 2-Chlor-butanol-1 und 85 Prozent 1-Ghlor-Butanol-2) und läßt bei Zimmertemperatur 3 bis 4 Tage lang stehen. Nach dieser Zeit dampft man das Ganze bis zur Trockne ab und gewinnt das rohe 1-Amino-2-butanol in Form des Hydrochlorids gemischt mit Ammoniumchlorid. Dieser Rückstand wird unter Kühlen mit 50 ml 40prozentiger NaOH-Lösung versetzt. Das freigewordene Aminobutanol trennt sich teilweise von der wäßrigen Schicht. Nach Zugabe einer zusätzlichen Menge von festem NaOH kann es dreimal mit Äther oder Benzol extrahiert, über festem KOH getrocknet und rektifiziert werden. Es wird die Fraktion 79 bis 81°C/25 mm Hg gesammelt. Ausbeute ca. 50 bis 55 Prozent, bezogen auf das eingesetzte Gemisch von Buty-1enchlοrhydrinen.

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Claims

F;,λ;ιι;;:ι-.- a ·3 ,!.MOiuve υ 7. März 1974 Ab/Hu PL 3/74- Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von 2-Aminobutanol, dadurch gekennzeichnet , daß auf 1,2-Epoxybutan oder die auf bekannte Weise aus 1-Butan erhaltenen isomeren Butylenhalogenhydrine mit Ammoniak eingewirkt und das gewonnene Gemisch von isomeren Aminobutanolen durch Veresterung mit Schwefelsäure und darauffolgende Einwirkung von Alkalimetallhydroxid in 2-Äthylaziridin übergeführt wird, wonach dieses 2-Äthylaziridin einer Reaktion mit aromatischer Garbonsäure oder mil? aromatischem ortho-Dicarbonsäureanhydrid unterzogen wird mit dem Ziel, Amid oder polymeres Amid des 2-Aminobutanols herzustellen, das anschließend mit Mineralsäure zum 2-Aminobutanol hydrolysiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als aromatische Carbonsäure vorteilhaft Benzoesäure verwendet wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anhydrid der aromatischen ortho-Dicarbonsäure vorteilhaft Phthalsäureanhydrid verwendet wird.

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4·. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Veresterung mit Schwefelsäure in einem Lösungsmittel durchführt, das mit Wasser ein azeotropes Gemisch bildet, das durch azeotrope Destillation abgetrennt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel,das mit Wasser ein azeotropes Gemisch bildet, vorteilhaft Toluol verwendet wird.

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