DE2639702C2 - Verfahren zur Herstellung von 2,3-Cycloalkenopyridinen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von 2,3-Cycloalkenopyridinen

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DE2639702C2 DE2639702A DE2639702A DE2639702C2 DE 2639702 C2 DE2639702 C2 DE 2639702C2 DE 2639702 A DE2639702 A DE 2639702A DE 2639702 A DE2639702 A DE 2639702A DE 2639702 C2 DE2639702 C2 DE 2639702C2
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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.
Beispiel 1
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
Katalysator
Umsetzungstemperatur
Umsatz
Produkt
Ausbeute
Nebenprodukte
Bei
Ausgangssubstanzen
Katalysator
Umsetzungstemperatur
Umsatz
Produkt
Ausbeute
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
Beispiel 4
Ausgangssubstanzen
Katalysator
Umsetzungstemperatur
Umsitz
Produkt
Ausbeute
Nebenprodukte
3-Methyl-5-dimethylcyclohexanon. Acrolein und
1 zu 3 zu 12
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
Beispiel 5
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
Beispiel 6
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
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
Beispiel 7
Ausgangssubstanzen
Katalysator
Umsetzungstemperatur
Umsatz
Produkt
Ausbeute
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
Beispiel 8
Ausgangssubstanzen Cyclohexanon, Methacrolein und Ammoniak im Molver
hältnis 1 zu 3 zu 6
Katalysator wie Beispiel 1
Umsetzungstemperatur 420° C
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)

Patentansprüche:
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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