DE2425355A1 - Verfahren zur herstellung von pyrazinen - Google Patents

Description

BASF Aktiengesellschaft

Unser Ze lohen: O. Z. ^O 563 WB/Be 6700 Ludwigshafen, 20.5-1974

Verfahren zur Herstellung von Pyrazinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pyrazinen durch Umsetzung von Nitrooxiranen mit Ammoniak.

Es ist bekannt, daß man 2,5-disubstituierte und 2,3,5,6-tetrasubstituierte Pyrazine durch Kondensation zweier Moleküle eines a-Aminoketons darstellen kann. Die sich dabei zunächst bildenden Dihydropyrazine lassen sich durch Oxidationsmittel wie beispielsweise Wasserstoffperoxid oder Quecksilbersalze dehydrieren. Bei einem weiteren Verfahren erhitzt man oc-Hydroxyketone mit Ammoniumacetat (Bull. Soc. Chim. France, Seiten 3476 bis 3478 (1965).

Diese Synthesen zur Darstellung von substituierten Pyrazinen haben den Nachteil, daß α-Hydroxyketone und vor allem oc-Aminoketone, insbesondere im großtechnischen Maßstab, nicht auf einfachem Wege und in guter Ausbeute herstellbar sind.

Es ist aus Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Band ll/l, Seite ;5H bekannt, daß Ammoniak mit Äthylenoxid auch bei Ammoniaküberschuß zu einem Gemisch von ß-Aminoäthylalkohol, Diäthanolamin und Triäthanolamin reagiert. Es wird darauf hingewiesen, daß es unmöglich ist, die Reaktion so zu lenken, daß eine der Basen allein entsteht. Daneben kann ein Teil des Äthylenoxids unter Bildung von Hydroxyäthyläthern weiterreagieren„

Es wurde nun gefunden, daß man Pyrazine der Formel

R₁ ^₂

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worin die einzelnen Res ^e R_n und Rp gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Wasserstoffatom, einen aliphatischen, cycloaliphatische^ araliphatischen, aromatischen Rest bedeuten, darüber hinaus auch jeweils jeder Rest R₁ und der benachbarte Rest Rp zusammen mit den die beiden Reste verbindenden beiden Kohlenstoffatomen Glieder eines alicyclischen Ringes bezeichnen können, vorteilhaft erhält, wenn man Nitrooxirane der Formel

NO₂

R₁-C

II,

worin R₁ und R₂ die vorgenannte Bedeutung besitzen, mit Ammoniak umsetzt.

Die Umsetzung kann für den Fall der "Verwendung von 2-Nitro-2,2-diphenyl-oxiran durch folgende Formeln wiedergegeben werden:

+ 2 NH-

+ 2NO +

Im Vergleich zu den bekannten Verfahren liefert das Verfahren nach der Erfindung überraschend auf einfacherem und wirtschaftlicherem Wege eine große Zahl von Pyrazinen in besserer Ausbeute und Reinheit, gerade auch im großtechnischen Maßstab. Die Ausgangsstoffe sind leicht zugänglich und können z.B. aus entsprechenden Nitroolefinen durch Umsetzung mit 10- bis 30-gewichtsprozentigem, wäßrigem Wasserstoffperoxid und verdünnter Natronlauge in polaren Lösungsmitteln wie Wasser, Methanol, Dioxan und Diäthyläther einfach und in hoher Ausbeute hergestellt werden, z.B. nach dem in Zhurnal Org. Khimii, Band 8 (1972), Seiten 2^25 bis 2^27 (Engl. Ausgabe,

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Seiten 2371 bis 23Tj) beschriebenen Verfahren. Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Aufarbeitung des Reaktionsgemisches, das^; bei der Umsetzung der Nitrooxirane mit Ammoniak erhalten wird. Die Bildung eines^: Gemisches heterogener Nebenprodukte wie Mönoalkanol-, Dialkanol- und Trialkanolderlvaten des Ammoniaks und Hydroxyäthyläthern ist nicht in wesentlichem Maße zu beobachten. Im Hinblick auf den Stand der Technik sind alle diese vorteilhaften Ergebnisse des Verfahrens überraschende

Per Ausgangsstoff II wird mit Ammoniak in stöchiometrischer Menge oder im Überschuß, vorzugsweise in einem Verhältnis von 5 bis 50 Mol Ammoniak je Mol Ausgangsstoff II umgesetzt. Bevorzugte Ausgangsstoffe II und dementsprechend bevorzugte Endstoffe I sind solche, in deren Formeln die einzelnen Reste R, und Rp gleich oder verschieden sein können und jeweils einen Alkylrest mit 1 bis 10,· vorzugsweise mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, einen Cyclopentylrest, einen Cyclohexylrest, einen Aralkylrest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen Phenylrest, einen Naphthylrest, ein Wasserstoffatom bedeuten, jeweils jeder Rest R, und der benachbarte Rest Rp darüber hinaus auch zusammen mit den beiden benachbarten Kohlenstoffatomen jeweils Glieder eines 5- bis 12-, insbesondere 5- oder 6-gliedrigen, alicyclischen Ringes bezeichnen können. Die vorgenannten Reste und Ringe können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen und/oder Atome, z.B. Alkylgruppen, Alkoxygruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Nitrogruppen, substituiert sein.

Geeignete Nitrooxirane II sind beispielsweise: 2-Nitro-2-methyloxiran, 2-Nitro-2-phenyl-oxiran, 3-Nitro-3-methyl-2-cyclohexyloxiran, 3-Nitro-3^methyl-2-phenyl-oxiran, 3-Nitro-3-äthyl-2-phenyl-oxiran, 3-Nitro-3-äthyl-2-fp-methoxyphenyl] -oxiran, 2-Nitro-2,3-diphenyl-oxiran, 2-Nitro-2,3-dimethyl-oxiran, 2-Nitro-2,3-tetramethyleno-oxiran, 2-Nitro-2,3-hexamethylenooxiran, 2-Nitro-2,3-decamethyleno-oxiran, 2-Nitro-2,3-tri- · methyleno-oxiran, 3-Nitro-2-benzyl-oxiran, 3-Nitro-2-p-nitro- phenyl-oxiran, 3-Nitro-2-cyclopentyl-oxiran, 2-Nitro-2-decyloxiran, 2-Nitro-2-n-propyl-oxiran, 2-Nitro-2-n-butyl-oxiran.

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Bezüglich der Herstellung voxi oycloaliphatisehen Nitrooxiranen II wird auf die deutsche Patentschrift (Patentanmeldung P - O.Z.3O 564 ) verwiesen. Die zur Herstellung der Ausgangsstoffe II benötigten, durch aromatische und/oder aliphatische Reste 1,2-disubstituierten Nitroolefine können durch Umsetzung von unsubstituierten oder substituierten aromatischen Aldehyden mit Nitroalkanen, aliphatisch substituierte Nitroolefine durch Dehydratisierung der entsprechenden Nitroalkohole und cycloaliphatische Nitroolefine durch Umsetzung von Cycloalkenen mit Distickstofftetroxid in Gegenwart von Basen erhalten werden.

Die Umsetzung wird im allgemeinen bei einer Temperatur von 20 bis 200⁰C, vorzugsweise von ²K) bis 100⁰C, drucklos oder unter Druck, vorzugsweise von 10 bis 100 at, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt. Gegebenenfalls verwendet man unter den Reaktionsbedingungen inerte Lösungsmittel zur Lösung oder Suspension des Ausgangs- und Reaktionsgemischs. Vorteilhaft geeignet sind mit Wasser nicht oder wenig mischbare organische Lösungsmittel mit einem Siedepunkt bei Normaldruck bzw. bei einem Druck bis 10 at oberhalb 100⁰C, vorzugsweise bei Normaldruck zwischen βθ und 19O⁰C. Es kommen als Lösungsmittel in Frage: aromatische Kohlenwasserstoffe, z.B. Benzol, Toluol, Äthylbenzol, o-, m-, p-Xylol, Isopropylbenzol; Halogenkohlenwasserstoffe, insbesondere Chlorkohlenwasserstoffe, z.B. Tetrachloräthylen, 1,2-Dichlorpropan, Tetrachloräthan, Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Trichloräthan, Trichloräthylen, Pentachloräthan, cis-Dichloräthylen, 1,2-Dichloräthan, Methylenchlorid, 1,1-Dichloräthan, 1,2-Dichloräthan, 1,2-cis-Dichloräthylen, n-Butylchlorid, 2-, 3- und iso-Butylchlorid; und entsprechende Gemische. Zweckmäßig verwendet man das Lösungsmittel in einer Menge von 5 bis 1 000 Gew.^, vorzugsweise von 5 bis 50 Gew.^, bezogen auf den Ausgangsstoff II. Ammoniak kann man in Form seiner wäßrigen, im allgemeinen von 25- bis 35-gewichtsprozentigen Lösung, oder in organischem, z.B. einem der vorgenannten organischen Lösungsmittel, oder vorteilhaft in flüssiger Form verwenden.

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Die Umsetzung kann wie folgt durchgeführt werden: Ein Gemisch der Ausgangsstoffe und gegebenenfalls des Lösungsmittels wird während 5 bis 10 Stunden bei der Reaktionstemperatur gehalten. Dann wird der Endstoff aus dem Gemisch in üblicher Weise, z.B. durch Abdampfen des restlichen Ammoniaks, Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel, z.B. Diäthyläther, und Destillation des Extrakts, oder Filtration, isoliert.

Die nach dem genannten Verfahren herstellbaren Endstoffe I stellen wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Farbstoffen, Fungiziden und pharmazeutischen Produkten dar. Die mit aliphatischen Gruppen substituierten Pyrazine sind Geschmackstoffe, geruch- und geschmacksverbessernde Zusätze zu Nahrungsmitteln, Getränken und Tabak. Durch Oxidation mit z.B. Kaliumpermanganat erhält man entsprechende Pyrazincarbonsäuren und aus ihnen,z.B. durch Umsetzung mit Ammoniak, Gyanpyrazine, die Härtemittel für Epoxyharze und Ausgangsstoffe für die Herstellung von Diuretika sind. Di- und Tri-cyanpyrazine werden als Leuchtstoffe verwendet. Entsprechende Pyrazinearbonsäureamide sind Blutdruck senkende und den Zuckermetabolismus fördernde Mittel. Bezüglich der Verwendung wird auf DOS 2 l40 649, 2 216 925, die japanische Anmeldung 40 065/72 und das holländische Patent 7 203 057, verwiesen.

Die in den folgenden Beispielen aufgeführten Teile bedeuten Gewichtsteile. Sie verhalten sich zu den Volumenteilen wie Kilogramm zu Liter.

Beispiel 1

a) 2-Nitro-2,3-hexamethyleno-oxiran

In einem Rührgefäß werden 31 Volumenteile 2n-Natronlauge zu einem Gemisch aus 200 Volumenteilen Methanol, 4l Volumenteilen 15-gewichtsprozentigem, wäßrigem Wasserstoffperoxid und.18,5 Teilen l-Nitrocycloocten-Cl) (n^⁰ = 1,5100) bei 0 bis 4°C unter Kühlung zugegeben. 300 Volumenteile Eiswasser werden bei 20°C hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wird anschließend 30 Minuten bei Raumtemperatur nachgerührt,

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dann wird der Niederschlag abfiltriert. Nach dem Trocknen werden 16,3 Teile 2-Nitro-2,3-hexamethyleno-oxiran vom Schmelzpunkt aus Methanol 35 bis 36⁰C erhalten (80 % der Theorie). Kp_n , = 64⁰C.

b) 2,3,5» 6-Bis-hexamethylenopyrazin

In einem Autoklaven werden 14,5 Teile 2-Nitro-2,3-hexamethyleno-oxiran zusammen mit 100 Volumenteilen flüssigem Ammoniak 6 Stunden lang bei 50⁰C und 25 at geschüttelt. Der feste Rückstand, der nach dem Verdampfen des Ammoniaks im Autoklaven zurückbleibt, wird mit 100 Volumenteilen Wasser versetzt. Nach dreimaliger Extraktion der wäßrigen Suspension mit je 50 Volumenteilen Diäthyläther und nach dem Trocknen der vereinigten Ätherextrakte und Abdampfen des Äthers erhält man 9,8 Teile 2,3,5,6-Bis-hexamethylenopyrazin vom Schmelzpunkt aus Aceton 115 bis ll6°C (94 % der Theorie).

Beispiel

2, 3»5* 6-Tetraphenylpyrazin

Teile 2-Nitro-2,3-diphenyl-oxiran vom Schmelzpunkt IO9 bis HO⁰C werden in einem Autoklaven zusammen mit 100 Volumenteilen flüssigem Ammoniak 6 Stunden lang bei 100⁰C und 65 at geschüttelt. Nach dem Verdampfen des Ammoniaks wird der feste Rückstand mit Wasser behandelt und der dabei ungelöste Anteil abfiltriert und aus Eisessig umkristallisiert. 5,2 Teile 2,3,5,6-Tetraphenylpyrazin vom Schmelzpunkt 253 bis ⁰ werden erhalten (54 % der Theorie).

Beispiel 3

-3j 6-diphenylpyrazin

Teile 3-Nitro-3-äthyl-2-phenyl-oxiran (Kp₃ « 100 bis 103°C) werden in einem Autoklaven zusammen mit 100 Volumenteilen flüssigem Ammoniak 6 Stunden bei 50⁰C und 22 at geschüttelt; das Gemisch wird dann analog Beispiel Ib) aufgearbeitet.

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Man erhält 5,4 Teile 2,5-Diäthyl-."5,6-diphenylpyrazin vom Schmelzpunkt (aus Methanol) 145 bis l46°C (72 % der Theorie).

Beispiel 4

2,5-Dimethyl-3* 6-diphenylpyrazln

9 Teile 3-Nitro-3-methyl-2-phenyl-oxiran (Kp_{n K} = 95 bis 97⁰C) werden in einem Autoklaven zusammen mit 90 Volumenteilen flüssigem Ammoniak 6 Stunden bei 6o°C und 28 at geschüttelt; das Gemisch wird analog Beispiel Ib) aufgearbeitet. Man erhält 2,9 Teile 2,5-Dimethyl-3,6-diphenylpyrazin vom Schmelzpunkt (aus Äthanol) 126 bis 127°C (44 % der Theorie).

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Claims (1)

1. - 8 - ο.Ζ. 30 563

   Patentanspruch

   Verfahren zur Herstellung von Pyrazlnen der Formel

   I,

   worin die einzelnen Reste R, und Rp gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Wasserstoffatom, einen aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen, aromatischen Rest bedeuten, darüber hinaus auch jeweils jeder Rest R₁ und der benachbarte Rest Rp zusammen mit den die beiden Reste verbindenden beiden Kohlenstoffatomen Glieder eines alicyclischen Ringes bezeichnen können, dadurch gekennzeichnet, daß man Nitrooxirane der Formel

   0 II,

   R₁-C

   worin R, und Rp die vorgenannte Bedeutung besitzen, mit Ammoniak umsetzt.

   BASF Aktiengesellschaft

   609849/0954