DE2639702C2 - Verfahren zur Herstellung von 2,3-Cycloalkenopyridinen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von 2,3-CycloalkenopyridinenInfo
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Description
/—-CH1
Zv I ' l
s—C = O
in der Z eine aliphatische Kette, vorzugsweise mit 2 bis 16 Kohlenstoffatomen bedeutet, die gegebenenfalls verzweigt
ist und deren Verzweigungen gegebenenfaiis zu einem Ring oder mehreren Ringen geschlossen sind,
oder insbesondere eine aliphatische Kette mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet, die gegebenenfalls
verzweigt ist, mit Oxoverbindungen der allgemeinen Formel
O = C-C = CH
111 π
R, R, R3
in der Ri, R2 und Rj gleich oder verschieden sind und
Wasserstoff oder, gegebenenfalls verzweigte, niedere Alkylgruppen mit vorzugsweise 1 bis 6, insbesondere 1
bis 2, Kohlenstoffatomen bedeuten, in Gegenwart von Ammoniak zu Verbindungen der allgemeinen Formel
Il
-C
C-R2
C-R,
Die Erfindung betrifft den Gegenstand der Ansprüche. Die 2,3-Cycloalkenopyridine sind wichtige
Zwischenprodukte für die Herstellung von Arzneimitteln, Pflanzenschutzmitteln und Kunststoffen.
Es ist bekannt, 2,3-Cyclohexenopyridin durch katalytische
Dehydrierung von Decahydrochinolin zu erzeugen (Ber. 67 [1934], 1715 bis 1729). Die Ausbeute
beträgt hierbei lediglich 36%. Bekannt ist auch, das 2,3-Cycloperitenopyridin,
das 2,3-Cyclohexenopyridin und das 2,3-CyclQh.eptenQ.pyridin aus dem entsprechenden
Cycloalkanon-^J-carbonsäure-äthylester (HeIv. Chim.
Acta 27 [1944], 1854 bis 1859, und 28 [1945], 1684 bis 1692) oder das 2,3 Cyclohexenopyridin und das 2,3-Cyclopentadecenopyridin
aus dem entsprechenden Cycloalkanon (Ann. 478 [1930], 176 bis 196, HeIv. Chim. Acta 28 [1945], 1677 bis 1683), jeweils auf dem
Wege über 4 Zwischenstufen herzustellen. Nachteilig in der Z, Ri, R2 und Rj die zuvor angegebenen Bedeutungen
haben, umgesetzt. Hierbei werden die ein- < gesetzten Cycloalkanone mit einfachen, leicht zugänglichen
Substanzen zur Reaktion gebracht, wonach hohe Ausbeuten erzielt werden.
Als Cycloalkanone kommen beispielsweise Cyclobutanon,
Cyclopentadecanon, Cyclohexadecanon, Cyclooctadecanon, 3,5,5-Trimethylcyclohexanon, Campher,
1-Decalon, 8-Ketotricyclodecan, Carvon und insbesondere
Cyclopentanon, Cyclohexanon, Cycloheptanon, Cyclooctanon, Cyclodecanon, Dyclododecanon, 2-Methylcyclohexanon,
3-MethyIcyclohexanon, 2,2,4-Trimethylcyclopentanon
und Menthon in Frage.
Geeignete Oxoverbindungen sind beispielsweise Methacrolein, Crotonaldehyd, Methylvinylketon,
Äthylvinylketon. 3-Penten-2-on und insbesondere Acrolein.
Die Umsetzungsbedingungen, wie Temperatur und Druck, und die Mengenverhältnisse der umzusetzenden
Substanzen und die Verweilzeiten sind gegebenenfalls in gewissem Umfang voneinander abhängig und
richten sich gegebenenfalls nach der Art der umzusetzenden
Substanzen und der Art des Katalysators.
Im allgemeinen wird die Umsetzung bei Temperaturen etwa zwischen 250 und 550° C ausgeführt. Zu bevorzugen
sind in den meisten Fällen Temperaturen etwa zwischen 300 und 500° C, insbesondere zwischen 350
und 450° C. Vorteilhaft ist es, bei Drücken von etwa 1 bis 4 bar zu arbeiten, jedoch kommen auch niedrigere
oder höhere Drucke in Frage, wenngleich es, damit einfache Apparate verwendet werden können, zweckmäßig
ist, keine wesentlich abweichenden Drücke anzuwenden.
Die Mengenverhältnisse Cycloalkanon zu Oxoverbindung können weitgehend beliebig, sowohl stöchiometrisch
als auch unter- oder überstöchiometrisch,
gewählt werden. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, je Mol Cycloalkanon etwa 0,5 bis 10 Mol der Oxoverbindung
einzusetzen. Zu bevorzugen sind etwa I bis 5 Mol, insbesondere 2 bis 4 Mol, der Oxoverbindung je Mol
Cycloalkanon.
Das Ammoniak kann bei der Umsetzung weitgehend beliebig in unterstöchiometrischen bis überstöchiometrischen
Mengen vorliegen. In den meisten Fälien ist es zweckmäßig, daß wenigstens etwa 0,5 Mol Ammoniak,
jedoch höchstens etwa 100 Mol Ammoniak, je Mol Cycloalkanon
vorhanden sind. Vorteilhaft sind etwa 1 bis 20 Mol Ammoniak, vorzugsweise 2 bis 15 Mol
Ammoniak, insbesondere 3 bis 12 Mol Ammoniak, je Mol Cycloalkanon.
Die Umsetzung erfolgt in der Gasphase. Es kann so
zweckmäßig sein, die Gase aus Cyclolakanon, Oxoverbindung und Ammoniak durch Inertgase zu verdünnen.
Als Inertgase kommen beispielsweise Wasserdampf, Luft und insbesondere Stickstoff in Frage. Im allgemeinen
ist es zweckmäßig, je Mol Cycloalkanon insgesamt nicht mehr als etwa 20 Mol Inertgase anzuwenden. Zu
bevorzugen sind je Mol Cycloalkanon etwa 0,5 bis 10 Mol, insbesondere 1 bis 5 Mol, Inertgas.
Als Katalysatoren kommen Substanzen in Frage, die eine dehydratisierende und dehydrierende Wirkung
haben. Dies sind beispielsweise die in Hydrocarbon Processing, 47 (1968), 103 bis 107, beschriebenen Katalysatoren
auf der Grundlage von Aluminiumverbindungen, wie Aluminiumoxid und Aluminiumsilikat, gegebenenfalls
mit Zusätzen von anderen Metalloxiden und Fluoriden. Mit Vorteil werden nach den Verfahren
gemäß den DE-OS 21 51 417, DE-OS 22 24 160 und DE-OS 22 39 801 hergestellte Katalysatoren verwendet.
Diese sind bei Temperaturen von 550 bis 1200° C vorbehandelte Verbindungen aus den Elementen Al, F und
O, die zusätzlich mindestens ein Element der zweiten,
dritten oder vierten Gruppe des Periodensystems oder mindestens zwei Elemente der zweiten, vierten, fünften
oder sechsten Gruppe des Periodensystems oder mindestens ein Element der zweiten Hauptgruppe des
Periodensystems enthalten. Diese Katalysatoren werden im Festbett oder vorzugsweise im Wirbelbett
verwendet. Besonders vorteilhaft ist eine Verfahrensweise nach der DE-OS 24 49 340, bei der das Cyclolalkanon
und die Oxoverbindung getrennt von dem Ammo- &o
niak in den Reaktor eingespeist werden. Es ergeben sich im allgemeinen Verweilzeiten etwa zwischen 0,2 und
5,0 Sekunden.
Die Aufarbeitung der bei der Umsetzung anfallenden Gasgemische kann in üblicher Weise durch Waschen
der Gase mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder Methanol, und durch weitere Trennung mittels
Extraktion und Destillation erfolgen. Mit besonderem Vorteil wird eine Verfahrensweise nach der DE-OS
25 54 946 engewendet, bei der die Gasgemische nicht gewaschen sondern gekühlt und dabei so teilweise kondensiert
werden, daß etwaiges überschüssiges Ammoniak im Restgas verbleibt und mit diesem unmittelbar
im Kreislauf geführt wird.
Es wurde eine Anlage nach der DE-OS 24 49 340 gemäß dem abgebildeten Schema verwendet. Reaktor
(10) und Regenerator (20) bestanden aus Rohren von 70 mm Weite, die unten einen freien Raum (12,22) von
200 mm Höhe hatten, darüber (11,21) in Abständen von
je 50 mm mit 40 Drahtnetzen von 5 mm Maschenweite versehen waren und oben einen freien Raum (13, 23)
von 600 mm Höhe und bis zu 160 mm Weite hatten.
Dem Reaktor (10) wurde gasformig in gleichmäßigem Strom stündlich von unten (14) ein Gasgemisch aus
1500 Nonnalliter Stickstoff und 2150 Normalliter Ammoniak zugeführt. In einem Verdampfer wurde ein
Gasgemisch aus stündlich 2130 g Acroie'n und 325 Normalliter
Stickstoffbereitet, in einem weiteren Verdampfer ein solches aus 1820 g Cyclododecanon und 325
Normalliter Stickstoff. Diese Gase wurden vereinigt mit einer Temperatur von 250° C von der Seite (15) in
die Wirbelschicht, und zwar 130 mm über dem Boden des Reaktors, eingeleitet.
Der Reaktor enthielt 2,0 kg Katalysator, der gemäß der DE-OS 22 24 160 aus Aluminiumoxid,
Magnesiumnitrat und Titantetrafluorid hergestellt worden war und ein atomares Verhältnis Aluminium zu
Magnesium zu Titan zu Fluor von 1000 zu 25 zu 25 zu 100 aufwies. Der Katalysator hatte eine Korngröße zwischen
0,4 und 1,0 mm. Die Temperatur im Reaktor wurde auf 440° C gehalten. Das Umsetzungsgemisch
(16), das frei von Acrolein und Cyclododecanon war, wurde mit einer Temperatur von 250° C in eine Gaswaschanlage
geleitet, in der mittels Methanol das 2,J-Cyclododecanopyridin und das daneben entstandene Pyridin
und 3-Methylpyridin ausgewaschen wurden. Das verbliebene Restgas aus Ammoniak und Stickstoff
wurde im Kreislauf in den Reaktor zurückgeführt.
Der Regenerator (20) enthielt weitere 2,0 Kg des Katalysators. In den Regenerator wurden stündlich 3000
Normalliter Luft von unten eingeführt. Die Temperatur wurde im Regenerator auf 4400C gehalten. Stündlich
wurden in stetigem Strom 1,4 kg des Katalysators aus dem Reaktor in den Regenerator übergeführt und ebenfalls
1,4 kg aus dem Regenerator in den Reaktor zurückgeführt.
Der Cyclododecanon-Umsatz war 100%. Es wurden stündlich 1895 g 2,3-Cyclododecenopyridin, 378 g Pyridin
ur.i 1164 g 3-Methylpyridin gewonnen, ferner 25 g
nicht umgesetztes Cyclododecanon zurückgewonnen. Das entsprach eine: Ausbeute an Cyclododr.cenopyridin
von 88,6%, bezogen auf umgesetztes Cyclododecanon, sowie an Pyridin von 12,5% und an 3-Methylpyridin
von 32,9%, bezogen auf eingesetztes Acrolein. Das 2,3-Cyclododecenopyridin hatte einen Kochpunkt von
141 bis 144° C bei 5 mbar, Sein HydroQhlorid wies einen
Schmelzpunkt (Zersetzungspunkt) von 220° C auf.
Es wurde im folgenden wie nach Beispiel 1 verfahren.
Feispiel 2
Ausgangssubstanzen
Cycloheptanon, Acrolein
und Ammoniak im Molverhältnis 1 zu 2,8 zu 11,2
und Ammoniak im Molverhältnis 1 zu 2,8 zu 11,2
Katalysator
Umsetzungstemperatur
Umsatz
Produkt
Ausbeute
Nebenprodukte
Nebenprodukte
Bei
Ausgangssubstanzen
Ausgangssubstanzen
Katalysator
Umsetzungstemperatur
Umsatz
Produkt
Ausbeute
Nebenprodukte
Nebenprodukte
wie Beispiel 1
4300C
100% des Cycloheptanons
2,3-Cvcloheptenopvridin,
Kp 104 bis 114° C bei
17 mbar, Fp des Hydro-
chlorids 158° C
69%, bezogen auf umgesetztes Cycloheptanon 11% Pyridin und 30%
3-Methylpyridin, bezogen auf eingesetztes Acrolein
spiel 3
Cycloheptanon, Acrolein und Ammoniak im Molverhältnis
1 zu 2,8 zu 11,2
wie Beispiel 1
4200C
100% des Cyclopentanons
2,3-Cyclopentenopyridin,
Kp 78 bis 83° C bei
17 mbar, Fp (Zp)des Hydro-
chlorids 153° C
64%, bezogen auf umgesetztes Cyclopentanon
12% Pyridin und 31% 3-Methylpyridin, bezogen auf eingesetztes Acrolein
Ausgangssubstanzen
Katalysator
Umsetzungstemperatur
Umsitz
Produkt
Ausbeute
Nebenprodukte
Nebenprodukte
3-Methyl-5-dimethylcyclohexanon. Acrolein und
1 zu 3 zu 12
wie Beispiel 1
4400C
wie Beispiel 1
4400C
100% des 3-Methyl-5-dimethylcyclohexanons
Isomerengemisch aus 60% 5-MethyI-7-dimethyl-5,6,7,8-tetrahydrochinolin
und 40% 5-Dimethyl-7-methyl-5,6,7,8-tetrahydrochinolin, Kp 115 bis 120° C bei 17 mbar,
insgesamt 71%, bezogen auf umgesetztes Cyclohexanon
12% Pyridin und 29% 3-Methylpyridin, bezogen auf eingesetztes Acrolein
Ausgangssubstanzen
Katalysator
Cyclohexanon, Acrolein und Ammoniak im Molverhältnis 1 zu 2,9 zu 9,6
gemäß DE-OS 21 51 417 aus
Aluminiumoxid, Magnesiumnitrat und Fluorokieselsäure, atomares Verhältnis
Aluminium zu Magnesium zu Silicium zu Fluor von 1000 zu 24 zu 25 zu 156 Umset/ungslemperatur
Umsatz
Produkt
Ausbeute
in Nebenprodukte
4000C
94% des Cyclohexanons
2,3-Cyclohexenonpyridin, Kp 95 bis 99° C bei
17 mbar, Fp des Hydrochloride i34°C
53%, bezogen auf umgesetztes Cyclohexanon
15% Pyridin und 25% 3-Methylpyridin, bezogen auf eingesetztes Acrolein
Ausgangssubstanzen
Katalysator
Umsetzungstemperatur
Umsatz
Produkt
Ausbeute
Nebenprodukte
Cyclohexanon, Acrolein und Ammoniak im Molverhältnis 1 /u 2,4 zu 6
gemäß DE-OS 22 39 801 aus
gemäß DE-OS 22 39 801 aus
Aluminiumoxid, rvlägric-
siumnitrat und Ammoniumhydrogenfluorid im atomaren Verhältnis zu Magnesium zu
Fluor von 1000 zu 25 zu 37O°C
92% des Cyclohexanons 2,3-Cyclohexenopyridin, Kp 95 bis 99° C bei
17 mbar, Fp des Hydrochlorids 134° C 58%, bezogen auf umgesetztes
Cyclohexanon 14% Pyridin und 21% 3-Methylpyridin, bezogen auf eingesetztes Acrolein
Ausgangssubstanzen
Katalysator
Umsetzungstemperatur
Umsatz
Produkt
Ausbeute
Nebenprodukte
Nebenprodukte
Cyclododecanon, Crotonaldehyd und Ammoniak im Molverhältnis 1 zu 2 zu 8
wie Beispiel 1
4300C
100% des Cyclododecanons
2,3-Cyclododeceno-4-
meChylpyridin, Kp 172 bis
1830C bei 6 mbar
37%, bezogen auf umgesetztes Cyclododecanon
8% Pyridin und 11% 2-Methylpyridin und 21%
4-Methylpyridin, bezogen auf eingesetzten Crotonaldehyd
Ausgangssubstanzen Cyclohexanon, Methacrolein und Ammoniak im Molver
hältnis 1 zu 3 zu 6
Katalysator wie Beispiel 1
Umsetzungstemperatur 420° C
Umsatz 100% des Cyclohexanons
Umsatz 100% des Cyclohexanons
Produkt 2r3-Cyciohexeno-5-meihyl-
pyridin, Kp 96 bis 102° C bei 13 mbar
| Be | Bei | 26 39 7 |
702 | Bei | Bei | I | |
| Ausbeute | Aus&-.,igssubslanzcn | Ausgangssubstanzen | 64%, bezogen auf umge | Ausgangssubstanzen | Ausgangssubstanzen | s ρ i e 1 11 S | |
| Nebenprodukte | setztes Cyclohexanon 5% Pyridin und 27% 3,5-Di- |
2,2,4(2,4,4)-Trimethylcyclo- H pentanon (TMCP-on der 1 |
|||||
| methylpyridin, bezogen auf | Firma VEBA). Acrolein und ft | ||||||
| - Katalysator | eingesetztes Methacrolein ' | Ammoniak im Molverhältnis | |||||
| Katalysator | ispiel 9 | Katalysator | Katalysator | 1 zu 3 zu 12 | |||
| Umsetzungstemperatur | Cyclododecanon, Methyl | Umsetzungstemperatur | Umsetzungstemperatur Umsatz |
wie Beispiel 1 | |||
| Umsatz | vinylketon und Ammoniak | Umsatz | Produkt | 420° C | |||
| Produkt | im Molverhältnis 1 zu 2,6 lu | 100% des Trimethylcyclo- | |||||
| Umsetzungstemperatur Umsatz |
zu 10,4 | Produkt | pentanons | ||||
| Produkt | wie Beispiel 1 | Gemisch aus l'-Dimethyl- | |||||
| Ausbeute | 420° C | 3'-methyl-2,3-cyclopenteno- | |||||
| Nebenprodukte | 100% des Cyclododecanons ' > | Ausbeute | pyridin und l'-Methyl-3'- dimethyI-2,3-cyclopenteno- |
||||
| Ausbeute | 2,3-Cyclododeceno-6- | pyridin, Kp 88 bis 103° C bei 14 mbar I ΛΤ°/λ hP7nDpn auf iimop. I |
|||||
| methylpyridin, Kp 146 bis | AlKhRlJtR | setztes Trimethylcyclo- I pentanon I |
|||||
| Nebenprodukte | 158° C bei 3 mbar | Nebenprodukte | 31% Pyridin und 36% I | ||||
| 73%, bezogen auf umge- ,„ setztes Cyclododecanon |
Nebenprodukte | 3-Methylpyridin, bezogen I | |||||
| 27% Collidin-Gemisch, | auf eingesetztes Acrolein I | ||||||
| bezogen auf eingesetztes | Hierzu 1 Blatt Zeichnungen | spiel 12 I | |||||
| Methylvinylketon | Isophoron (3,5,5-Trimethyl- I | ||||||
| spiel 10 | 2-cyclohexanon), Acrolein I | ||||||
| Cyclohexanon, Acrolein und | und Ammoniak im Molver- I | ||||||
| Ammoniak im Molverhältnis | hältnis 1 zu 3 zu 10 I | ||||||
| 1 zu 1 zu 4 | wie Beispiel 1 1 | ||||||
| Aluminiumsilikat aus 87% | 420° C I 94% des Isophorons I |
||||||
| SiO2 und 13% Al2Oj, | a. S-Dimethyl^-methyl- I | ||||||
| BET-Oberfläche 500 mVg, Korngröße 0,4 bis 1,0 mm. Porenvolumen 0,75 cm3/g, }. |
5,6-dihydrochinolin I | ||||||
| Porendurchmesser 60 | . 5,6,7,8-tetrahydrochinolin I c. 5,7-Dimethylchinolin, H |
||||||
| Angström | Kp 132 bis 163° C bei I | ||||||
| 440° C 100% des Cyclohexanons |
14 mbar I | ||||||
| 2,3-Cyclohexenopyridin, 40 | 55% (a. 5%, b. 16%, c. 34%), I | ||||||
| Kp 95 bis 99° C bei 17 mbar. | bezogen auf umgesetztes | ||||||
| Fp des Hydrochlorids 134° C | Isophoron | ||||||
| 38%, bezogen auf umge | 16% Pyridin und 30% | ||||||
| setztes Cyclohexanon 45 | 3-Methylpyridin, bezogen | ||||||
| 13% Pyridin und 34% | auf eingesetztes Acrolein | ||||||
| 3-Methylpyridin, bezogen | |||||||
| auf eingesetztes Acrolein |
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von 2,3-Cycloalkenopyridinen
durch katalytische Umsetzung von Cycloalkanonen mit aliphatischen Oxoverbindungen
bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet,
daß die Cycloalkanone mit aliphatischen Oxoverbindungen, die benachbart zur
Oxogruppe eine ungesättigte Kohlenstoff-Bindung haben, in der Gasphase in Gegenwart von Ammoniak
und in Gegenwart eines dehydratisierend und dehydrierend wirkenden Katalysators bei Temperaturen
von 250 bis 550° C umgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- r. zeichnet, daß die Umsetzung bei Temperaturen von
300 bis 500° C erfolgt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Aluminiumsilikat
verwendet wird.
4. Ver&hren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als Katalysator bei 55G bis 1200° C vorbehandelte Verbindungen aus den Elementen
Al, F und O, die entweder
a) zusätzlich mindestens ein Element der zweiten, dritten oder vierten Gruppe des Periodensystems
oder
b) zusätzlich mindestens zwei Elemente der zweiten, vierten, fünften oder sechsten Gruppe des
Periodensystems oder
c) zusätzlich mindestens ein Element der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems enthalten,
verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekenn- « zeichnet, daß je MoI Cycloalkanon 1 bis 5 Mol der
Oxoverbindung angewendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß je Mol Cycloalkanon 1 bis 20 Mol
Ammoniak vorliegen. w
7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß Inertgase zugefügt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekenazeichnet,
daß die Umsetzung in einer Wirbelschicht erfolgt und das Cycloalkanon und die aliphatische ·»>
Oxoverbindung getrennt vom Ammoniak eingespeist werden.
30 ist bei diesen Verfahren, daß sie sehr aufwendig sind und höchstens Ausbeuten von-40% ergeben.
Es ist außerdem bekannt, 2,3-Cycloalkenopyridine
durch Umsetzung von Cycloalkanonen mit 3-Aminoacroleinen in flüssiger Phase bei 120° C unter Verwendung
von Triäthylamin und Piperidinacetat als Katalysator zu erzeugen (Tetrahedron Letters No. 38 [1970],
3291 bis 3294). Dieses Verfahren erfordert als Ausgangssubstanzen die verhältnismäßig schwer zugänglichen
Aminoacroleine. Überdies ergeben sich trotz 24stündiger Umsetzungszeit nur Ausbeuten von 30 bis
60% an dem gewünschten Cycloalkenopyridin.
Erfindungsgemäß werden Cycloalkanone der allgemeinen Formel
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