DE2410988C3 - Verfahren zur Herstellung von 2-Aminobutanol - Google Patents

Description

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von 2-Aminobutanol, das als Zwischenprodukt zur Herstellung von Butanolderivaten mit biologischer Wirkung dient, beruht auf der Kondensation von 1-Nitropropan mit Formaldehyd und der Reduktion des erhaltenen 2-Nitrobutanols. Dieses Verfahren ist zwar einfach im technischen Maßstab durchzuführen, erfordert aber

1-Nitropropan als Ausgangsprodukt, dessen Herstellung auf dem Wege der Paraffinnitrierung aufwendig ist, weil ein Gemisch von zahlreichen Nitroparaffinen erhalten wird, das sich schwer trennen !äßt

Von anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von 2-Aminobutanol seien die Reduktion von 2-Propyl-3-nitroso-4-äthyloxazolidin, die Reduktion der Aminobuttersäureester und die hydrogenolytische Spaltung von N-Benzylaminobutanol genannt

Diese Verfahren können im (groß)-technischen Maßstab wegen der schwer zugänglichen Rohstoffe und Reagenzien nicht angewandt werden. Sie sind lediglich von präparativer Bedeutung. Hydrierungen sind wegen der Anwendung von Wasserstoff unter Druck, z. T. in Gegenwart pyrophorer Katalysatoren, vom Standpunkt der Betriebssicherheit nicht unproblematisch.

Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von 2-Aminobutanol aus einem allgemein leicht zugänglichen Rohstoff unter Anwendung einfaeher technologischer Operationen zu schaffen.

Es wurde festgestellt, daß dies erreicht wird, indem man 1,2-Epoxybutan oder die isomeren Butylenhalogenhydrine, die auf bekannte Weise aus 1-Buten gewonnen werden, mit Ammoniak umsetzt und das gewonnene Gemisch von Aminobutanol-Isomeren durch Veresterung mit Schwefelsäure und darauffolgende Einwirkung von Alkalimetallhydroxid in 2-Äthylatziridin überführt, wonach das so erhaltene 2-Äthylaziridin einer Reaktion mit einer aromatischen Carbonsäure unter Bildung von 2-Aminobutanolamid oder von polymeren» 2-Aminobutanolamid unterworfen wird, das man anschließend mit einer Mineralsäure hydrolysiert

Das Verfahren nach der Erfindung ist in dem folgenden Reaktionsschema dargestellt, wobei X ein Halogenatom und Ar ein Arylrest bedeuten. Jede der einzelnen Stufen verläuft für sich gesehen nach bekannten Umsetzungen; die Einzelstufen werden nicht mitbeansprucht

CH₃CH₂-CH CH₂

CH₃CH₂-CH-CH₂
OH X

CH₃CH₂-CH-CH₂
X OH

CH₃CH₂-CH-CH₂ OH NH₂

+ CH₃CH₂-CH-CH₂ NH₂ OH

CH₃CH₂-CH

CH₃CH₂-CH-CH₂ NH₂ OH

Die Ringöffnung von Epoxyverbindungen, auch von 1,2-Epoxybutan, mit Ammoniak ist für sich bekannt

Neu ist andererseits aber der Einsatz eines Gemisches der Butylenchlorhydrine (also der l-chlor-2-hydroxy- und 2-Chlor-l-hydroxy-lsomeren). Bekanntlich verläuft die Chlorhydroxylierung von Alkenen, auch von 1-Buten, nicht voll selektiv, und das Endprodukt ist ein Isomerengemisch, dessen Zusammensetzung von der Methode der Chlorhydroxylierung abhängt Die mengenmäßige Zusammensetzung der isomeren Chlorhy-

drine hat jedoch fur das erfindungsgemäße Verfahren keine Bedeutung.

In der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man in jedem Falle ein Gemisch von Aminobutanolen. Dieses ist praktisch nicht aufzutren- S nen, doch als solches leicht zugänglich und kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Weiterverarbeitung ohne Auftrennung und Reinigung eingesetzt werden.

Im einzelnen wird die Reaktion von 2-Epoxybutan ic oder von Butyienhalogenhydrinen, d h. von 1-Hydroxy-2-halogenbutan und l-Halogeno-2-hydroxybutan, mit Ammoniak vorteilhafterweise in wäßriger Lösung unter Anwendung eines Oberschusses an Ammoniak durchgeführt Beim Einsatz von Butyienhalogenhydrinen bildet sich, wie aus Arbeiten über den Mechanismus solcher Reaktionen bekannt ist, 1,2-Epoxybutan als Zwischenstufe, das sodann mit dem Überschuß an Ammoniak ein Gemisch von isomeren Aminobutanolen ergibt in welchem l-Amino-2-butanol bei weitem überwiegt Ein solches Gemisch läßt sich nach den üblichen Methoden, z. B. durch fraktionierte Destillation oder Kristallisation einfacher Salze, nicht trennen und wurde bislang zur Herstellung von 2-Äthylaziridin nicht verwendet, insbesondere nicht in einem mehrstufigen Verfahren zur Herstellung von 2-AminobutanoL Das Aziridin wurde bisher nur aus 2-Amino-l-butanol hergestellt Die quantitative Zusammensetzung des Gemisches isomerer Aminobutanole hat aber keinen Einfluß auf den weiteren Verlauf des Verfahrens; somit kann dieses Gemisch auf bekannte Weise in 2-Äthylaziridin überführt werden, nämlich auf dem Wege der Veresterung der Hydroxylgruppen mit Schwefelsäure mit darauffolgender intramolekularer Alkylierung der Aminogruppen im alkalischen Medium, vorteilhaft im Medium des Alkalimetallhydroxids.

Die Möglichkeit der Ausnutzung von Gemischen der isomeren Chlorhydrine bzw. Aminobutanole bildet einen erheblichen Fortschritt gegenüber den bisher angewandten Verfahren.

Das einheitlich gebildete 2-Äthylaziridin wird danach zum entsprechenden Amid des 2-Aminobutanols umgesetzt, wobei man in Abhängigkeit von der eingesetzten Säure monomeres oder polymeres Amid erhält Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Säure eine aromatische Carbonsäure, wie Benzoesäure, oder ein Anhydrid einer aromatischen o-Dicarbonsäure, wie Phthalsäureanhydrid, eingesetzt Die Umsetzung von Äthylaziridin zum Benzamidderivat ist als solche aus J. Amer. Chem. Soc 78, Seite 909 (1956) bekannt

Die letzte Stufe des Verfahrens nach der Erfindung ist die Hydrolyse des erhaltenen 2-Aminobutanolamids, die mit einer Mineralsäure, insbesondere Salzsäure, durchgeführt wird

Die während der Reaktion freiwerdende aromatische Carbonsäure wird aus dem Reaktionsmedium abgetrennt, vorteilhaft durch Destillation oder Filtration, und auf diese Weise regeneriert

Das Verfahren nach der Erfindung ist mehrstufig, aber trotzdem durch große Einfachheit der durchgeführten Operationen gekennzeichnet Es wird in wäßrigen oder organischen Lösungen durchgeführt wie Chloroform oder Benzol, die sich einfach wiedergewinnen lassen. Das Verfahren wird in einfachen Vorrichtungen durchgeführt da es weder hohe Temperaturen noch ^ft5 hohe Drücke erfordert

Die Rohstoffe zu diesem Prozeß sind leicht zugänglich und können nach bekannten Verfahren hergestellt werdea So werden Butylenhalogenhydrine aus 1-Buten durch Einwirkung z.B. von Alkali- oder Erdalkalimetallhypochloriten oder Brom in wäßriger Lösung von Natrium- oder Kaliumbromid erhalten.

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

Die folgenden bevorzugten Ausführungsbeispiele dienen zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung.

Beispiel 1

74 g 1,2-Epoxybutan werden bei Zimmertemperatur in 2,01 25%igem wäßrigem Ammoniak gelöst und 3 Tage bei Zimmertemperatur stehengelassen. Danach wird der Oberschuß 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°Cdurch.

Danach wird die Destillation unter vermindertem Druck fortgesetzt und nach Verwerfen einet kleinen Vorlaufs die Fraktion vom Siedepunkt 74 bis 78° C/12 Torr gesammelt Das erhaltene Produkt enthält Wasser, das durch Trocknen über festem KOH und nochmalige Destillation abgetrennt wird Ausbeute ca. 65 bis 70%. Das Produkt ist ein Gemisch von l-Amino-2-butanol und 2-Aminobutanol mit einem großen Oberschuß an ersterem.

89 g des so erhaltenen Gemisches der Aminobutanol-Isomeren löst man in 400 ml Toluol, gibt unter Kühlen 98 g konzentrierte Schwefelsäure hinzu, bringt den Ansatz in eine Destillationsapparatur mit Wasserabscheider und destilliert das Wasser als Toluolazeotrop ab. Die Reaktion wird fortgesetzt bis sich im Wasserabscheider ca. 17 ml Wasser gesammelt haben. Danach wird Toluol in einem Rotationsverdampfer abgedampft zum Rückstand werden 400 ml Wasser und unter Kühlen eine aus 230 g KOH hergestellte 50%ige KOH-Lösung zugegeben, das Gemisch wird in eine Destillations&pparatur mit 40-cm-Kolonne gebracht und bis zum Erreichen einer Temperatur von 100° C destilliert 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 einer Ausbeute von 56% entspricht

7,1 g des so hergestellten 2-Äthylaziridins werden in 50 ml Chloroform gelöst Man gibt unter Kühlen 14,8 g fein gepulvertes Phthalsäureanhydrid hinzu, erwärmt 3 Stunden und dampft bis zur Trockne in einem Rotationsverdampfer ab. Der Rückstand ist amorphes Polyamid

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

Beispiel 2

58 g Benzoesäure löst man in 500 ml Chloroform, gibt unter Rühren 10,t> g Äthylaziridin hinzu, das nach Beispiel 1 hergestellt wurde, erwärmt unter Rückfluß 2 Stunden und läßt 2 Tage bei Zimmertemperatur

stehen. Danach wird das Reaktionsgemisch auf gesättigte wäßrige Natriumcarbonatlösung gegossen und gerührt Die Phasen werden getrennt, die organische Phase zweimal mit wäßriger Natriumbicarbonatlösung geschüttelt und getrocknet Das Lösungsmittel wird abgedampft zum Rückstand werden 100 ml Benzol zugegeben, gerührt und für einige Stunden stehen gelassen. Die ausgeschiedenen Amidkristalle werden abfiltriert und nut einer geringen Menge Benzol gewaschen. Die vereinigten BenzolfUtrate dampft man zur Hälft?, ein, läßt zur Kristallisatioa stehen und scheidet eine weitere Charge Amid ab. Zum Flltrat gibt man Petroläther bis zur ersten Trübung hinzu, läßt zur Kristallisation stehen und scheidet noch eine kleine Menge von Amid ab. Insgesamt werden ca. 20 g N-Benzoyl-2-aminobutanol erhalten.

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

Das gesamte auf obige Weise erhaltene Amid versetzt man mit J 50 ml 30%iger Salzsäure und erwärmt 4 Stunden unter Rückfluß.

Die abgeschiedene Benzoesäure destilliert man mit Wasserdampf ab. Zu dem abgekühlten Rückstand gibt man 20%ige Natriumhydroxidlösung bis zur Neutralität hinzu, extrahiert einige Male mit Äther, trocknet die Ätherschicht und dampft sie ab. Der Rückstand wird unter vermindertem Druck destilliert, wobei man die bei 75 bis 77°C/1O bis 12 Torr siedende Fraktion sammelt Die Ausbeute beträgt 7,6 g 2-Aminobutanol, was 85%, bezogen auf das eingesetzte Amid, und 61%, bezogen auf das eingesetzte 2-Äthylaziridin, entspricht

Das in der Reaktion verwendete 2-Äthylaziridin stellt man nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren oder auf folgende Weise her: 89 g isomere Aminobutanole mit beliebiger Zusammensetzung der Isomeren werden unter Kühlen mit 509biger wäßriger Schwefelsäure (ca. 75 ml) bis zur Neutralität gegen Methylorange versetzt; danach wird noch etnmd genau dieselbe Menge verdünnter 50%iger Schwefelsäure hinzugefügt

S Man dampft im Rotationsverdampfer ab, bis fester Niederschlag erhalten wird. Dieser Niederschlag wird zerkleinert und bis zur konstanten Masse getrocknet

Zu der gekühlten wäßrigen Lösung des Sulfats in 400 ml Wasser gibt man langsam unter Rühren und

ίο Kühlen eine Lösung von 200 g KOH in 200 ml Wasser hinzu, bringt den Ansatz in eine Destiüationsapparatur und erwärmt langsam. Nach einiger Zeit scheidet sich kristalliner Niederschlag von Kaliumsulfat ab; bei einer Temperatur von ca. 85° C beginnt das Produkt zu

is 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%), Siedetemperatur 89 bis 91°C

Das für die weiteren Reaktionen benutzte Gemisch von isomeren Aminobutanolen (2-AminobutanoJ und l-Amino-2-butanol mit Überschuß an letzterem) wird alternativ auf folgende Weise hergestellt: 400 ml 26%ige wäßrige Ammoniaklösung (ca 5,6 Mol!) mischt man mit 21,6 g eines Gemisches der Butylenchlorhydrine (ca. 15% 2-Chlor-l-butanol und 85% l-Chlor-2-butanol) und läßt bei Zimmertemperatur 3 bis 4 Tage stehen. Nach dieser Zeit dampft man bis zur Trockne ab und gewinnt das rohe l-Amino-2-butanol in Form des Hydrochlorids gemischt mit Ammoniumchlorid Dieser Rückstand wird unter Kühlen mit 50 ml 40%iger 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/Torr gesammelt Ausbeute ca. 50 bis 55%, bezogen auf das eingesetzte Gemisch von Butylenchlorhydrinen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von 2-Aminobutanol, dadurch gekennzeichnet, daß man 1,2-Epoxybutan oder das auf bekannte Weise aus 1-Buten erhaltene Gemisch isomerer Butylenhalogenhydrine mit Ammoniak umsetzt, das jeweils erhaltene Gemisch von isomeren Aminobutanolen durch Veresterung mit Schwefelsäure und anschließende Einwirkung von Alkalihydroxid in 2-Äthylaziridin überführt, das 2-Äthylaziridin mit einer aromatischen Carbonsäure oder einem aromatischen o-Dicarbonsäureanhydrid zum Amid bzw. polymeren Amid des 2-Aminobutanols umsetzt und dieses anschließend mit Mineralsäure zum 2-Aminobutanol hydrolysiert

2. 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.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel, das mit Wasser ein azeotropes Gemisch bildet, vorteilhaft Toluol verwendet wird.