DE2721265C2

DE2721265C2 - Verfahren zur Herstellung von Di- n-propylacetonitril

Info

Publication number: DE2721265C2
Application number: DE2721265A
Authority: DE
Inventors: Michel Sisteron Chignac; Claude Volonne Grain; Charles Saint-Ouen Pigerol
Original assignee: Labaz Sa Paris Fr
Current assignee: Labaz Sa Paris Fr
Priority date: 1977-03-15
Filing date: 1977-05-11
Publication date: 1982-05-19
Also published as: BE854486A; NL173747B; CH603563A5; USRE31260E; FI771781A; NL7705562A; DK158038B; IT1080764B; DK195877A; AU504487B2; MX4779E; DK158038C; DE2721265A1; LU77305A1; PL108183B1; IL52021A; IE45345L; IN145220B; FI65232C; FI65232B

Description

— eine Alkylierungsstufe, die allen 3 Verfahren gemeinsam ist, zwecks Herstellung eines Diisopropylcyanessigsäurealkylesters;

— eine Stufe zur Eliminierung des monoalkylierten Esters;

— eine Stufe zur Verseifung des Diisopropylcyanessigsäurealkylesters bei den von Marshall und Newman vorgeschlagenen Verfahren;

— und eine Decarboxylierungsstufe, entweder des Diisopropylcyanessigsäurealkylesters beim Verfahren von Brown, oder der Diisopropylcyanessigsäure bei den Verfahren von Marshall und Newman.

Somit wird gemäß Marshall Diisopropylacetonitril aus einem Cyanessigsäurealkylester durch Behandlung einer alkoholischen Lösung dieses Esters mit Natrium und Umsetzung dieser Mischung mit überschüssigem Isopropyljodid für mehrere Stunden hergestellt. Das monoalkylierte Produkt wird mittels einer 10%igen Natriumhydroxidlösung eliminiert und der so erhaltene rohe Dialkylester dann mit einer 35%igen Kaliumhydroxidlösung 16 Stunden lang behandelt. Nach dem Ansäuern wird die erhaltene Diisopropylcyanessigsäure durch Destillation mit der zweifachen Gewichtsmenge an geschmolzenem Kaliumhydroxid decarboxyliert.

Gemäß Brown und Mitarbeitern erhält man Diisopropylacetonitril, indem man zuerst eine Lösung des Cyanessigsäurealkylesters in n-Propanol, das Natriumn-propylat enthält, mit Isopropyljodid behandelt, und zwar durch 2stündiges Erhitzen zum Rückfluß, worauf

erneut Natrium-n-propylat in n-Propanol und Isopropyljodld zugefügt wird Das Reaktionsmedium wird wiederum 3 Stunden zum Rückfluß erhitzt, das monoalkylierte Produkt wird mit einer 10%igen Natriumhydroxidlösung abgetrennt und der Diisopropylcyanessigsäurealkylester dann einige Male mit der doppelten Gewichtsmenge an Kaliumhydroxid destilliert

Gemäß Newman und Mitarbeitern erhält man schließlich Diisopropylacetonitril, indem man zuerst Äthylcyanacetat mit Isopropyljodid in Anwesenheit von Natriumäthylat in äthanolischem Medium 3 Stunden unter Rückfluß umsetzt, dann Natriumäihylat und anschließend Isopropyljodid zufügt und wiederum das Reaktionsmedium 3 Stunden zum Rückfluß erhitzt Nach erneuter Zugabe von Natriumäthylat und Isopropyljodid und 2stündigem Erhitzen zum Rückfluß wird das erhaltene diisopropylierte Derivat mit 15%iger Kaliumhydroxidlösung gewaschen, dann mittels einer alkoholischen Lösung aus 35%igem Kaliumhydroxid 26 >o Stunden unter Rückfluß hydrolysiert und die Diisopropylcyanessigsäure in Anwesenheit von Kupferpulver auf 180-200°Cerhitzt

Aufgrund der großen Ähnlichkeit der chemischen Struktur zwischen Diisopropylacetonitril und Di-n-pro- _>■> pylacetonitril wurde versucht, die zuletzt genannte Verbindung durch Anwendung der oben genannten, zur Herstellung von Diisopropylacetonitril verwendeten Verfahren herzustellen.

Die mit dem von Marshall vorgeschlagenen Verfah- jo ren durchgeführten Tests lieferten nur unbedeutende Ausbeuten an reinem Di-n-propylacetonitril um etwa 20%, wenn jedes Synthesezwischenprodukt gereinigt wird, oder 35%, wenn jedes Zwischenprodukt in rohem Zustand verwendet wird, wobei diese Ausbeuten auf den j; Ausgangscyanessigsäurealkylester berechnet sind. Die in diesem Verfahren hergestellten Zwischenprodukte sind weiterhin durch Stoffe verunreinigt, die ihre Verwendung in rohem Zustand verhindern. So wurde gefunden, daß die gemäß Marshall oder Newman und ίο Mitarbeitern erhaltene rohe Di-n-propylcyanessigsäure durch 18-25% bzw. 32-34% eines Produktes verunreinigt ist, das ein Di-n-propylformamidoessigsäurealkylestcr zu sein scheint.

Da das von Brown und Mitarbeitern vorgeschlagene 4> Verfahren weiterhin eine doppelte Alkylierungsstufe erfordert, wurde festgestellt, daß es zur Herstellung von Di-n-propylacetonitril ungeeignet ist Tatsächlich wurde dieses Produkt in reiner Form in Ausbeuten zwischen 28—44%, berechnet auf das als Ausgangsmaterial >o eingesetzte Methylcyanacetat, erhalten.

Schließlich lieferte das von Newman und Mitarbeitern vorgeschlagene Verfahren, das eine dreifache Alkylierung erfordert und besonders zeitraubend ist, nur Ausbeuten um 40% an reinem Di-n-propylacetonitril, berechnet auf der Grundlage des Ausgangscyanessigsäurealkylesters. Weiter wurde festgestellt, daß die Verseifung des Di-n-propylcyanessigesters zu einer Mischung aus 10% Di-n-propylcyanessigsäure und 5% Di-n-propylcyanacetamid führt. t>o

Bei J. C. Hessler, J. Amer. Chem. Soc. 38, 1916, S. 909—916, ist ein Verfahren zur Herstellung von Di-n-propylcyanessigsäure aus Cyanacetat und n-Propyljodid beschrieben, bei dem man zunächst das Propyljodid einer Mischung von Cyanessigsäureester in h5 natriumhaltigem Alkohol zufügt, dann den Monopropylcyanessigsäureester mit Natriumhydroxid entfernt und schließlich den Di-n-propylcyanessigsäureester unter Verwendung von Kaliumhydroxid verseift Dieses über drei Stufen führende Verfahren ist recht kompliziert und zeitraubend und ermöglicht nur eine sehr geringe Ausbeute.

Somit sind alle oben genannten Verfahren, wenn man sie auf die Herstellung von Di-n-propylacetonitril anwendet, durch ihre Kompliziertheit und erhebliche Dauer, durch die in den verschiedenen Stufen erhaltenen Verunreinigungen, die eine Eliminierung derselben für die anschließenden Stufen notwendig machen, und durch geringe Ausbeuten an Di-n-propylacetonitril als Endprodukt gekennzeichnet

Es war daher wesentlich, ein Verfahren zur Herstellung von Di-n-propylacetonitril mit den folgenden Bedingungen zu finden:

a) Einfachheit bezüglich des Verfahrens;

b) kürzere Gesamtdauer;

c) höhere Ausbeuten;

d) möglichst geringe Produktionskosten,

um dieses Verfahren in großtechnischem Maßstab durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Umsetzung eines Cyanessigsäurealkylesters mit einem n-Propylhalogenid in einem natriumhaltigen Alkohol bei erhöhten Temperaturen, anschließende alkalische Verseifung und Decarboxylierung der erhaltenen Di-n-propylcyanessigsäure. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet daß man als natriumhaltigen Alkohol Natrium-n-propylat in n-Propanol verwendet, diesen der Mischung aus Cyanacetat der allgemeinen Formel

HjC

CN

COOR

(Π)

wobei R für einen Ci — O-Alkylrest, vorzugsweise einen Methyl- oder Äthylrest steht, und n-Propylbromid oder -jodid bei 45—55° C zufügt, in einer Stufe alkyliert, anschließend mit einer 10—20%igen Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxid bei einer Temperatur von 30—70°C verseift, worauf in üblicher Weise durch Ansäuern mit einer starken Säure, wie Salzsäure, bei einer Temperatur nicht über 40° C die freie Di-n-propylcyanessigsäure gebildet und diese bei 140—190°C decarboxyliert wird.

Die Ausgangsmaterialien der Formel II sind entweder bekannte Produkte, die in den oben genannten Veröffentlichungen erwähnt werden, oder sie können nach bekannten Verfahren erhalten werden.

Wesentlich für den Erfolg der Alkylierung ist es, daß man bei einer Temperatur von 45—55⁰C das Natriumn-propylat im n-Propanolmedium zu einem Reaktionsmedium gibt, das den Cyanessigsäurealkylester und das n-Propylhalogenid enthält. Dann dauert die Alkylierung etwa 3 Stunden unter Rückfluß.

Wesentlich ist auch, daß die Verseifung des rohen Di-n-propylencyanessigsäurealkylesters mit einer 10-bis 20%igen Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxid bei einer Temperatur zwischen 30—70°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 60—70°C, innerhalb von 3 Stunden in einem Verhältnis von 1,25 — 2 Mol Hydroxid pro Mol Ester durchgeführt wird

und das anschließende Ansäuern, z. B. mit einer 36%igen Salzsäurelösung, bei einer Temperatur nicht über 40°C erfolgt, um die Bildung unerwünschter Nebenprodukte zu vermeiden. Die Verseifung kann auch zusätzlich in Anwesenheit einer quaternären Ammoniumverbindung, wie Trimethylcetylammoniumbromid, Benzyltrimethylammon:umchlorid oder Lauryltrimethylammoniumbromid erfolgen. Die Konzentration der quaternären Ammoniumverbindung kann von 0,005—0,1 Mol pro Mol Di-n-propylcyanessigsäurealkylester variieren. Temperatur und Dauer der Verseifung variieren als Funktion der Menge der verwendeten quaternären Ammoniumverbindung.

Bei einer Konzentration der quaternären Ammoniumverbindung von 0,1 Mol pro Mol Ester erfolgt die Verseifung in 3 Stunden bei 30° C, während bei einer Konzentration von 0,005 Mol pro Mol Ester die Verseifung in 1 Stunde bei 60—65° C beendet ist.

Die Decarboxylierung der rohen Di-n-propylcyanessigsäure wird bei einer Temperatur zwischen 140—190° C, vorzugsweise zwischen 175—190° C, durchgeführt

Dabei kann auch kontinuierlich gearbeitet werden. Nachdem die Säure auf eine Temperatur von 185—190°C gebracht und die Decarboxylierungsreaktion eingeleitet ist, wird Di-η-propylcyanessigsäure kontinuierlich unter gleichzeitiger Entfernung des freigesetzten gasförmigen Kohlendioxids und des gebildeten Di-n-propylacetonitrils eingeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eindeutige Vorteile im Vergleich zu den oben genannten bekannten Verfahren.

Erstens kann man erfindungsgemäß erhebliche Ausbeuten an reinem Di-n-propylacetonitril erzielen, die mindestens 80%, bezogen auf eingesetzten Cyanessigsäurealkylester, betragen, während man nach den bekannten Verfahren keine Ausbeuten über 50%, bezogen auf denselben Ausgangsester, erzielen konnte. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren eindeutig einfacher als die obigen Verfahren von Marshall, Brown oder Newman durchzuführen.

Gleiches gilt gegenüber dem Verfahren von Hessler, das eine zusätzliche Stufe zur Abtrennung des Monopropylderivats vorsieht. Außerdem ermöglicht dieses Verfahren eine Ausbeute an Di-n-propylacetonitril von maximal 20,3% und das erhaltene Produkt weist erheblich mehr Verunreinigungen auf als das erfindungsgemäße Produkt.

Erfindungsgemäß kann man die Alkylierung in einem einzigen Arbeitsgang durchführen, der in der einmaligen Verwendung des n-Propylhalogenids und Natrium-npropylats besteht.

Das Verfahren von Brown erfordert dagegen zwei aufeinanderfolgende Zugaben von Alkohol und Halogenid, während beim Verfahren von Newman die Zugabe von Alkohol und Halogenid in drei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen für jedes Produkt erfolgt.

Auch die für die Alkylierung und Verseifung notwendige Zeit ist bei den bekannten Verfahren erheblich, nämlich mindestens 8 Stunden für die bo Alkylierung gemäß Newman und 26 Stunden für die Verseifung nach derselben Veröffentlichung.

Im Gegensatz dazu können beim erfindungsgemäßen Verfahren die entsprechende Alkylierung und Verseifung wesentlich schneller durchgeführt werden.

Bei der Verseifung wird die erforderliche Reaktionszeit noch durch die Anwesenheit einer quaternären Ammoniumverbindung, wie Trimethylcetylammoniumbromid, vorteilhaft verringert. Diese Ammoniumverbindung bietet weiterhin noch den Vorteil, die Hydrolysegefahr der Nitrilgruppe des Di-n-propylcyanessigsäurealkylesters zu verringern.

Bei einigen bekannten Verfahren muß bei der Decarboxylierung neben einer Erhöhung der Temperatur noch ein zusätzliches Produkt, nämlich entweder Kaliumhydroxid oder Kupferpulver, zugefügt werden.

Erfindungsgemäß erfolgt die Decarboxylierung einfach durch Erhitzen der Di-n-propylcyanessigsäure.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren, insbesondere ihrer Alkylierungsstufe betrifft die Rückgewinnung des Lösungsmittels, der nicht umgesetzten Reaktionsteilnehmer und der während der Reaktion gebildeten Nebenprodukte.

Diese bei Verwendung von Natriumäthylat/Äthanol oder Natriummethylat/Methanol ziemlich schwierige Rückgewinnung wird durch Verwendung der Kombination Natrium-n-propylat/n-Propanol erleichtert, die eine bessere Trennung des nicht umgesetzten n-Propylhalogenids, des während der Reaktion gebildeten Äthers und des Alkohols, der durch Umesterung des Cyanessigesters durch das n-Propanol freigesetzt werden kann, durch Destillation ermöglicht

Alle diese Nachteile der bekannten Verfahren erhöhen die Menge an zu verwendendem Material, die notwendige Arbeitskraft und den Energieverbrauch und führen so zu einer Erhöhung der Produktionskosten.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist die Anwesenheit schädlicher Verunreinigungen in den verschiedenen Stufen. Diese in jeder Verfahrensstufe vorhandenen Verunreinigungen komplizieren das Verfahren erheblich. Die Verunreinigungen müssen daher in jeder Stufe entfernt werden, was zu einer erhöhten Zahl von Zwischenbehandlungsstufen führt, die auf großtechnischer Ebene immer kostspielig sind. So sehen die bekannten Verfahren die Entfernung des monoalkylierten Produktes nach der Alkylierungsstufe mittels 10%igem Kaliumhydroxid vor.

Die Alkylierung beim erfindungsgemäßen Verfahren macht eine zwischenzeitliche Reinigung des Di-n-propylcyanessigsäurealkylesters, der in roher Form verwendet werden kann, unnötig.

Es wurde festgestellt, daß die Verwendung der erfindungsgemäßen Alkylierungsreaktionsteilnehmer — im wesentlichen in Abhängigkeit von der Einführung von Natrium-n-propylat/n-Propanol in ein durch den Ester der Formel II und das n-Propylhalogenid gebildete Medium — den besonderen Vorteil bietet, daß die Bildung des Monopropylcyanessigesters weitgehend vermieden wird, was häufig der Fall ist, wenn das n-Propylhalogenid der Cyanessigsäurealkylester/Natrium-n-propylat-Mischung zugefügt wird. Dieser Monopropylcyanessigsäurealkylester führt allmählich zur Bildung von Valeronitril, das besonders unerwünscht ist und entfernt werden muß.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Alkylierungsreaktionsteilnehmer und die bestimmte Reihenfolge machen es möglich, daß der Valeronitrilgehalt im hergestellten Propylacetonitril ganz erheblich verringert wird und erfindungsgemäß nur zwischen 3,6—0,3% liegt.

Weiter ist die erfindungsgemäße Verwendung von Natrium-n-propylat/n-Propanol wesentlich vorteilhafter als die Verwendung von Natriumäthylat/Äthanol oder Natriummethylat/Methanol gemäß den bekannten Verfahren.

Es wurde gefunden, daß der Monopropylcyanessig-

estergehalt im rohen Di-n-propylcyanessigester, der letztlich zu Valeronitril führt, erhöht wird und sogar zwischen 2 — 5% variieren kann, wenn die Rückflußtemperatur des Reaktionsmediums zum Zeitpunkt der Alkylierung zu ist, was mit Methanol oder Äthanol der Fall ist.

Weiter wurde gefunden, daß die Verwendung der Natriumäthylat/Äthanolkombination zur Bildung einer nicht unerheblichen Menge (um 1%) von n-Propylcyanessigsäureäthylester zum Zeitpunkt der Alkylierung ι ο führt.

Wie erwähnt, führt die Verseifung des rohen Di-n-propylcyanacetates gemäß den Bedingungen von Newman oder Marshall, d. h. mittels 35°/oigem Kaiiumhydroxid innerhalb von 16—26 Stunden, zur Bildung einer rohen Di-n-propylcyanessigsäure mit 18—34% einer Verunreinigung, die ein Di-n-propylformamidoacetat zu sein scheint und somit entfernt werden muß. Dieses zuletzt genannte Produkt liefert nämlich durch Decarboxylierung kein Di-n-propylacetonitril sondern Di-n-propylacetamid.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet wiederum diesen Nachteil sowie gleichzeitig eine zwischenzeitliche Reinigung der rohen Di-n-propylcyanessigsäure.

Während erfindungsgemäß durchgeführter Tests wurde versucht, bestimmte, für das erfindungsgemäße Verfahren charakteristische Stufen mit Stufen der bekannten Verfahren zu kombinieren. So lieferte z. B. die Dialkylierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, kombiniert mit der Decarboxylierung der Di-n-propylcyanessigsäure durch Schmelzen mit dem Zweifachen ihres Gewichtes an 85%igem Kaliumhydroxid bei einer Temperatur zwischen 190—360⁰C gemäß dem Verfahren von Marshall nur 11% an Di-n-propylacetonitril, bezogen auf den verwendeten Cyanessigester. Bei dieser Verfahrensweise wurde der größte Teil der Di-n-propylcyanessigsäure in Di-n-propylacetamid und Di-n-propylessigsäure umgewandelt

Das von Marshall vorgeschlagene Decarboxylierungsverfahren wurde weiterhin mit einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Di-n-propylcyanessigsäure und dem Zweifachen ihres Gewichtes an 98%igem Natriumhydroxid durchgeführt Diese 2'Λ Stunden bei 370⁰C destillierte Mischung lieferte nur 38,2% Di-n-propylacetonitril, bezogen auf die verwendete Di-n-propylcyanessigsäure.

Weiterhin wurde erfindungsgemäß erhaltenes Methyl-di-n-propylcyanacetat in Anwesenheit von Kaliumhydroxid nach dem Verfahren von Brown destilliert Durch Verwendung des doppelten Estergewichts an 97,7%igem Kaliumhydroxid und mindestens 2'/4Stündigem Erhitzen auf 380⁰C erhielt man nur 28,4% reines Di-n-propylacetonitril, bezogen auf das Anfangscyanacetat

Ein ähnlicher Test mit derselben Menge an 98%igem Natriumhydroxid unter denselben Temperatur- und Zeitbedingungen lieferte 44,4% Di-n-propylacetonitril, bezogen auf das Anfangscyanacetat "

In einem weiteren Versuch zur Herstellung von Di-n-propylacetonitril wurde n-Propylbromid zu einem mit n-Propanol und Natrium gebildeten Reaktionsmedium zugefügt, dem Methylcyanacetat zugegeben worden war. Diese Einführungsreihenfolge der Reaktionsteflnehmer ist in J. Am. Chem. Soo, 80, S. 6350—6355 (1958) beschrieben. .

Zuerst wurde eine Lösung aus Natrium-n-propjrlat aus 50 g (2 Grammatome+ 10%) Natrium und 804 g (1000 ml) wasserfreiem n-Propanol durch 60 bis 90 Minuten langes Erhitzen auf 50 bis 55°C hergestellt.

Danach wurden 99,1 g (1 Mol) Methylcyanacetat zugegeben, was 20 Minuten dauerte. Das Reaktionsmedium wurde nach beendeter Einführung 30 Minuten auf 50⁰C gehalten, und es erschien ein weißer Niederschlag. Zu dieser auf 45 bis 50⁰C gehaltenen Reaktionsmischung wurden dann 270,6 g (2,2 Mol) n-Propylbromid eingeführt was 30 Minuten dauerte. Anschließend wurde die Mischung 4 Stunden zum Rückfluß erhitzt (91—92°C). Dann wurde das n-Propanol abdestilliert bis in der restlichen Masse eine Temperatur von 120 bis 125° C erreicht war. Der so erhaltene rohe Ester wurde dann mit 500 g einer 10%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung und 0,36 g Cetyltrimethylammoniumbromid behandelt

Die Mischung wurde 1 Stunde zum Rückfluß erhitzt auf etwa 50° C abgekühlt, und dann wurden die restlichen Alkohole unter vermindertem Druck (50 bis 100 mm Hg) entfernt

Die erhaltene Lösung wurde abgekühlt und dann, ohne 4O⁰C zu überschreiten, mit 175 g 36%iger Salzsäure angesäuert. Die Mischung wurde 30 Minuten in diesem Zustand gehalten, dann wurde die Di-n-propylcyanessigsäure dekantiert Die untere wäßrige Schicht wurde mit Äther extrahiert. Die beiden organischen Phasen wurden vereinigt, mit Wasser gewaschen, und das Lösungsmittel wurde durch Destillieren unter vermindertem Druck entfernt. So erhielt man 155,75 g rohe Di-n-propylcyanessigsäure.

Diese Säure wurde in einem 250-ml-Rundkolben übergeführt und allmählich zum Rückfluß erhitzt, wobei die letzten Spuren Toluol mittels einer Dean-Stark-Apparatur entfernt wurden, bis die Temperatur der Masse zwischen 175 bis 18O⁰C lag. Die Decarboxylierung begann bei etwa 140⁰C, und die Reaktion war nach 1 Stunde Rückfluß praktisch beendet. Die Mischung wurde insgesamt 2 Stunden unter Rückfluß gehalten. Die Massentemperatur erreichte in den ersten Minuten des Rückflußvorganges 205 bis 210⁰C, fiel dann wieder und wurde bei etwa 185° C stabil. Dann wurde die Mischung bei Atmosphärendruck destilliert

In dieser Weise wurden 99,2 g rohes Di-n-propylacetonitril gewonnen. Die Ausbeute an Rohprodukt betrug 79,3%, bezogen auf das Methylcyanacetat

Die Gaschromatographie des rohen Di-n-propylacetonitrils zeigte, daß dieses Rohprodukt 94,8% Di-n-propylacetonitril, 3,6% Valeronitril und 1,0 bzw. 0,6% von zwei anderen unbekannten Substanzen enthielt Die Ausbeute an reinem Di-n-propylacetonitril betrug 75,2%, bezogen auf das eingesetzte Methylcyanacetat

Demgegenüber enthält das in dem nachstehenden erfindungsgemäßen Beispiel i erhaltene rohe Di-n-propylacetonitril laut gaschromatographischer Analyse 98,2% Di-n-propylacetonitril, 03% Valeronitril und 0,6 bzw. 0,8% zweier unbekannter Substanzen.

In zwei anderen Versuchen wurde Di-n-propylacetonitril analog dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, wobei jedoch Natrium-n-propylat in n-Propanol durch Natriumäthylat in Äthanol ersetzt wurde Auch diese Versuche zeigen ungünstigere Ergebnisse.

Erster Versuch

Aus 7,42 g (Ο322 MoI) Natrium und 180 ml wasserfreiem Äthanol wurde durch Erhitzen unter mildem Rückfluß bis zum Lösen des gesamten Natriums eine Natriumäthylatlösung hergestellt

In einen Kolben wurden 16^5 g (0,141 MoI) Äthyl· cyanacetat und 40,69 g (033 MoI) MoI) n-Propylbromid

eingeführt Diese Mischung wurde auf 45° C erwärmt, dann wurde langsam und unter Rühren die vorher hergestellte Natriumäthylatlösung zugefügt, wobei die Temperatur der Reaktionsmischung durch mildes äußerliches Kühlen auf 50 bis 55° C gehalten wurde. Nach beendeter Einführung wurde die Temperatur der Mischung 30 Minuten zum Rückfluß gebracht und 3 Stunden unter Rückfluß gehalten. Anschließend wurde das Äthanol abdestilliert (Temperatur in der Masse <85°C). . ίο

Die anschließenden Stufen des Verfahrens waren identisch mit denen von Beispiel 1.

In dieser Weise erhielt man rohes Di-n-propylacetonitril in einer Ausbeute von 72%, ausgehend von Äthylcyanacetat, wobei ein Valeronitrilgehalt von 4,1 % festgestellt wurde.

Zweiter Versuch

Dieser Versuch war mit dem ersten Versuch identisch mit Ausnahme der folgenden Änderungen:

Das Reaktionsmedium wurde statt 3 Stunden 5 Stunden zum Rückfluß erhitzt und
das Äthanol wurde unter Atmosphärendruck statt unter vermindertem Druck destilliert.

So erzielte man rohes Di-n-propylacetonitril in einer Ausbeute von 82,7%, ausgehend von Äthylcyanacetat, wobei der Valeronitrilgehalt bei 4,06% lag.

Die obigen Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren einen fraglosen Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren darstellt Weiter ist das erfindungsgemäße Verfahren dem zur Herstellung von Di-n-propylacetonitril verwendeten Verfahren eindeutig überlegen.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.

Beispiel 1

Herstellung von Di-n-propylacetonitril
aJDi-n-propylcyanessigsäureäthylester

Es wurde eine Natrium-n-propylatlösung aus 7,42 g (0,322 MoI) Natrium und 180 ecm wasserfreiem n-Propanol durch Erhitzen unter mildem Rückfluß bis zum vollständigen Lösen des Natriums hergestellt

In einen 500-ccm-Rundkoiben, der mit Tropftrichter, mechanischem Rührer, Thermometer und Kühler, über dem sich eine Calciumchloridfalle befand, wurden 1635 g (0,141 Mol) Äthylcyanacetat und 40,59 g (0,33 Mol) n-Propylbromid eingeführt; die Mischung würde auf 45° C erhitzt, dsnn wurde langsam unter Rühren die oben hergestellte Natrium-n-propylatlösung zugefügt, wobei die Temperatur des Reaktionsmediums durch mildes äußerliches Kühlen auf 50—55°C gehalten wurde.

Nach beendeter Einführung wurde die Mischung in 30 Minuten auf Rückflußtemperatur gebracht und 3 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Dann wurde das n-Propanol abdestilliert und die Destillation abgebrochen, als die Temperatur der restlichen Masse 115°C erreicht hatte.

b) Der so erhaltene rohe Ester wurde mit einer Lösung aus 7,5 g Natriumhydroxidflocken in 67,5 ecm Wasser behandelt Die Mischung wurde in einen mit Kühler versehenen 250-ccm-RundkoIben eingeführt, dann wurde das Reaktionsmedium langsam auf 60—70⁰C gebracht Diese Temperatur wurde 3 Stunden aufrechterhalten, dann wurde die Mischung auf etwa 50° C abgekühlt und das gebildete Äthanol und das restliche n-Propanol unter einem Druck von 93 mbar abgetrennt Die so erhaltene Lösung wurde auf 20° C abgekühlt und unter Rühren durch Zugabe von 26,25 g 36%iger Salzsäure angesäuert. Dabei wurde die Temperatur des Reaktionsmediums durch Kühlen unter 40°C gehalten. Nach weiterem 30 Minuten langem Rühren wurde die Mischung 30 Minuten stehen gelassen, die ölige Schicht der Di-n-propylcjanessigsäure dekantiert und die wäßrige Phase mit 35 ecm Toluol extrahiert. Der Toluolextrakt wurde zur dekantierten Di-n-propylcyanessigsäure geführt, dann wurde die Lösung in Toluol in einem Scheidetrichter mit einer Lösung aus 1,5 g Natriumchlorid in 14 ecm Wasser gewaschen. Die Toiuolphase wurde dekantiert und das Toluol bei Atmosphärendruck abdestilliert

So erhielt man 25 g rohe Di-n-propylcyanessigsäure; acidimetrischeTitration 93,5%; Estergehalt 7,6%o.

c) Di-n-propylacetonitril

In einen mit Thermometer und Kühler versehenen lOO-ccm- Rundkolben wurden 25 g rohe, wie oben erhaltene Di-n-propylcyanessigsäure eingeführt und die

Mischung in einem ölbad erhitzt.

Die Decarboxylierung begann bei einer Temperatur um 140⁰C. Dann wurde die Mischung auf Rückflußtemperatur, d.h. etwa 160°C, und dann in 2 Stunden auf 190⁰C gebracht. Diese Temperatur wurde bis zur Beendigung der Gasentwicklung aufrechterhalten, was 2 Stunden dauerte. Das so gebildete Di-n-propylacetonitril wurde langsam destilliert und die zwischen 165—175°C überdestillierende Fraktion gesammelt. Dann erfolgte eine zweite Destillation. So wurden 14,7 g Di-n-propylacetonitril mit einem Kp. von 170⁰C in einer Ausbeute von 83%, bezogen auf das verwendete Äthylcyanacetat, gesammelt.

Beispiel 2

4« Herstellung von Di-n-propylacetonitril

a)Di-n-propylcyanessigsäuremethylester

Eine Lösung aus Natrium-n-propylat wurde aus 50 g (2 g-A torn+10%) Natrium und 804 g (1000 ecm) wasserfreiem n-Propanol durch 60—90 Minuten langes Erhitzen auf 50—55°C hergestellt

99,1 g (1 MoI) Methylcyanacetat und 270,6 g (2,2 Mol) n-Propylbromid wurden in einen 2-1-Rundkolben eingeführt. Die Masse wurde unter Rühren auf 45—50⁰C gebracht und bei dieser Temperatur wurde die Natrium-n-propylatlösung in Propanol gleichmäßig eingeführt, was 60—75 Minuten dauerte.

Nach beendeter Einführung wurde die Mischung 3 Stunden zum Rückfluß erhitzt Dann wurde das n-Propanol abdestilliert, bis die Temperatur der restlichen Masse 120 — 125° C erreicht hatte.

b) Der erhaltene rohe Ester wurde mit 500 g einer 10%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung und mit 036 g Cetyltrirnethylarnmoniurnbrornid behandelt

Die Mischung wurde 1 Stunde zum Rückfluß erhitzt dann auf etwa 50⁰C abgekühlt und die restlichen Alkohole unter vermindertem Druck (67-133 mbar) entfernt

Die erhaltene Lösung wurde abgekühlt und mit 175 g 36%iger Salzsäure angesäuert, wobei die Temperatur nicht Ober 40° C ansteigen durfte. Die Mischung wurde 30 Minuten stehen gelassen, dann wurde die Di-n-propylcyanessigsäure dekantiert Die untere wäßrige

Schicht wurde mit 250 g Toluol extrahiert. Die beiden organischen Phasen wurden vereinigt, einmal mit 100 g gereinigtem Wasser gewaschen und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abdestilliert; so erhielt man 154,5 g rohe Di-n-propylcyanessigsäure. ■-,

c) Di-n-propylacetonitril

Die oben erhaltene rohe Di-n-propylcyanessigsäure wurde in einen 250-ccm-Rundkolben übergeführt und κι allmählich zum Rückfluß gebracht, wobei die letzten Toluolspuren mittels eines Dean-Stark-Systems entfernt wurden, bis die Temperatur der Masse etwa 175—180°C erreicht hatte. Die Decarboxylierung begann um 140°C, und die Reaktion war nach r> !ständigem Rückfluß praktisch beendet Die Mischung wurde insgesamt 2 Stunden unter Rückfluß gehalten. In den ersten Minuten der Rückflußstufe erreichte die Temperatur der Masse 205—210⁰C und sank dann wieder und wurde bei etwa 185° C stabil. Dann wurde die Mischung bei Atmosphärendruck destilliert.

So erhielt man 102,5 g Di-n-propylacetonitril. Die Ausbeute an rohem Produkt betrug 82%, bezogen auf das Methylcyanacetat, während die Ausbeute an reinem Produkt 80% betrug. y,

Beispiel 3
Herstellung von Di-n-propylacetonitril

c) In einen emaillierten 50-1-Behälter wurden 30 kg Di-n-propylcyanessigsäure eingeführt. Unter Rühren wurde auf 185—190°C zum Rückfluß erhitzt und diese Temperatur 15 Minuten aufrechterhalten. Das so gebildete Di-n-propylacetonitril wurde destilliert, während 69,4 kg Di-n-propylcyanessigsäure kontinuierlich eingeführt wurden.

Die Einführungsgeschwindigkeit wurde als Funktion der Destillationsgeschwindigkeit des Nitrils reguliert, wobei die Temperatur der Masse auf 185 —190⁰C gehalten wurde. Die Einführung dauerte etwa 4V₂ Stunden; während dieser Zeit wurde 40,9 kg rohes Di-n-propylacetonitril gewonnen. Die Destillation wurde durch allmähliche Temperaturerhöhung der Masse auf 206° C fortgesetzt und beendet, was 6 Stunden dauerte. Während dieser Zeit wurden 16,35 kg und dann weitere 8,98 kg rohes Di-n-propylacetonitril gewonnen.

Der Druck in der Vorrichtung wurde vermindert (etwa 133 mbar), und es wurde eine neue Fraktion von 1,64 kg Di-n-propylacetonitril gesammelt.

Nach diesem Verfahren erhielt man 67,87 kg rohes Di-n-propylacetonitril.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Di-n-propylacetonitril der Formel:

CH3— CH2—H2C

CH-CN (I)

CH₃—CH₂-H₂C

durch Umsetzung eines Cyanessigsäurealkylesters mit einem n-Propylhalogenid in einem natriumhaltigen Alkohol bei erhöhten Temperaturen, anschließende alkalische Verseifung und Decarboxylierung der erhaltenen Di-n-propylcyanessigsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man als natriumhaltigen Alkohol Natrium-n-propylat in n-Propanol verwendet, diesen der Mischung aus Cyanacetat der allgemeinen Formel

CN

H₂C

(in

COOR

25

30

wobei R für einen Ci- C^Alkylrest steht, und n-Propylbromid oder -jodid bei 45 bis 55° C zugefügt, in einer Stufe alkyliert, anschließend mit einer 10—20%igen Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxid bei einer Temperatur von 30 bis 7O⁰C js verseift, worauf in üblicher Weise durch Ansäuern bei einer Temperatur nicht über 40⁰C die freie Di-n-propylcyanessigsäure gebildet und diese bei 140 — 190° C decarboxyliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verseifung in einem Verhältnis von 1,25—2 Mol Kalium- oder Natriumhydroxid pro Mol rohem Ester durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verseifung zusätzlich in Anwesenheit einer quaternären Ammoniumverbindung, vorzugsweise Trimethylcetylammoniumbromid, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verseifung in Anwesenheit von 0,005—0,1 Mol quaternärer Ammoniumverbindung pro Mol rohem Ester durchgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Di-n-propylacetonitril der Formel I

CH3 — C H 2—H2C

CHj CH2 H2C

b0

CH-CN

(I)

Di-n-propylacetonitril ist ein bekanntes Produkt, das insbesondere zur Herstellung von Verbindungen mit pharmakologischen Eigenschaften geeignet ist So kann Di-n-propylacetonitril z. B. zur Herstellung von Di-npropylacetamid verwendet werden, das äußerst wertvolle neuropsychotrope Eigenschaften hat (vgl. B.S.M., FR-PS 2442 M).

Di-n-propylacetamid kann leicht in ausgezeichneten Ausbeuten um 83% aus Di-n-propylacetonitril durch Hydrolysieren z. B. mittels einer wäßrigen Lösung aus 75—80%iger Schwefelsäure bei einer Temperatur zwischen 80— 130⁰C, hergestellt werden.

Die üblichen Verfahren zur Herstellung von Di-npropylacetonitril sind gewöhnlich kompliziert und erfordern die Verwendung Reaktionsteilnehmern, die für das herstellende Personal gefährlich sind. So erfordert z. B. die Herstellung von Di-n-propylacetonitril aus Di-n-propylketon die Verwendung von Natriumcyanid, d. h. eines äußerst toxischen Produktes.

Auch die bei manchen Verfahren notwendige Hydrierung ist großtechnisch immer schwierig durchzuführen.

Das Auffinden eines großtechnischen Verfahrens zur Herstellung von Di-n-propylacetonitril ist daher von erheblicher Bedeutung.

Bisher wurde die Synthese eines in der «-Stellung durch zwei Propylgruppen substituierten Acetonitrils, ausgehend von einem Ester der Cyanessigsäure, nur in dem Fall untersucht, wo jede der beiden Propylgruppen eine Isopropylgruppe ist. In diesem Zusammenhang können die Verfahren von Marshall (J. Chem. Soc, 2754—2761 [1930]); Brown und Mitarbeiter (J. Am. Chem. Soc, 77, 1083-1089 [1955]) und Newman und Mitarbeiter (J. Am. Chem. Soc, 82, 873-875 [1960]) erwähnt werden.

Diese Verfahren sind gekennzeichnet durch eine Folge von 3 oder 4 deutlich verschiedenen Stufen, wobei man von einem Ester der Cyanessigsäure ausgeht, nämlich