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Verfahren zur Herstellung von 3-Aminoacrylnitrilen aus
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Metallsalsen von 3-Hydroxyacrylnitrilen Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3-Miiinoacrylnitrilen der Formel
worin R1 und R2 die Bedeutung H, gleiche oder verschiedene, geradkettige oder verzweigte
Alkyl-, Alkenyl-oder Alkinyl-Reste mit 1 bis 12 C-Atomen, -Cyc,-(C )n-Cyc, worin
Oyc isocyclische oder heterocyclische, einkernige oder mehrkernige, aromatische
oder cycloaliphatische Ringsysteme, welche gegebenenfalls Substituenten an den Ringen
tragen können und n = 0 bis 5 ist, die Gruppierung -X-R4, worin X geradkettige,
verzweigte oder cyclische Alkylen oder Alkenylreste mit 2 bis
12
C-Atomen, -Cyc-, -(CH2)n-Cyc- oder mit Cyc und n in der vorigen Bedeutung und
oder R¹ und R2 zusammen Alkylen oder Alkenylen-Reste eines Ringes mit 3 bis 6 Gliedern
bilden, der gegebenenfalls durch ein oder mehrere Heteroatome unterbrochen ist,
und R3 die Bedeutung H, geradkettige, verzweigte oder cyclische Alkylreste mit 1
bis 20 C-Atomen, geradkettige oder verzweigte Reste -(CH2)n-CN, -(CH2)n-OR', -(CH2)n-CH(OR)2
mit R' = Alkylreste mit 1 bis 12 C-Atomen oder (CH2)n+1-Cyc, worin -Cyc und n die
obengenannte Bedeutung haben, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Verbindung
der Formel
worin R3 die obengenannte Bedeutung hat und Me ein Alkalimetall mit α e 1
oder ein Erdalkalimetall mit = - 2 ist mit einem Amin der Formel
worin R1 und R2 die obengenannte Bedeutung haben, in Gegenwart einer einbasischen
oder mehrbasischen anorganischen oder organischen Säure oder in Gegenwart eines
Salzes eines inerten Ämins oder mit einem Aminsalz aus einer der genannten Säuren
und ei nem Amin der Formel 43) umgesetzt wird.
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3-Aminoacrylnitrile der Formel (1) sind bislang technisch schwer und/oder
über kostspielige Ausgangsprodukte zulänglich, z.B. durch Umsetzung von 3-Chloracrylnitril
mit verschiedenen Aminen (J.org.Chem. 29, 1800)1964), Dehydrierung von 3-Dimethylaminopropionitril
oder Kondensa-
tion von Acetonitril mit Dimethylformamidacetal zum
3-Dimethylaminoacrylnitril (US-PS 3 966 791), Addition von Aminen am Cyanoacetylen
(J. chem. Soc. CLondo 0 1969, 1086), Reduktion von Malodinitril mit LiAlH4 zum 3-AminoM
acrylnitril (Angew. Rohem. 81, 432 (1969)) oder alkalische Spaltung von Pyrazolen
(C.A. 64 ( 1966.) 3516 h.) Das erfindungsgemäße Verfahren kann so durchgeführt werden,
daß die Metallsalze von 3-Hydroxyacrylnitrilen der Formel (2) als Feststoff, Suspension
oder gelöst zu der Suspension oder Lösung des Amins der Formel (3) und der einbasischen
oder mehrbasischen anorganischen oder organischen Säure oder zu der Suspension oder
,Lösung des Aminsalzes oder zu der Suspension oder Lösung des Amins der Formel (3)
und eines Salzes eines inerten Amins zugegeben wird Es können auch die Stoffe der
Formel (2) und das Amin der Formel (3) gelöst oder suspendiert vorgelegt und das
rauf die Säure zugegeben werden, oder die Stoffe der Formel (2) vorgelegt und das
Aminsalz zugegeben. werden.
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Als inerte Amine werden tertiäre Amine zugesetzt, die wegen der fehlenden
Wasserstoffatome nicht an der Real; tion teilnehmen.
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Die Ausgangsstoffe sind einfach nach der deutschen Patentanmeldung
P 27 53 322.8 zugängig.
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Das aus dem Amin der Formel (3) und d.er Säure zu bildende Aminsalz
kann " in situ " in der Reaktionslösung aus dem entsprechenden Amin und der Säure
durch Umsetzung im Verhältnis ihrer Moläquivalente hergestellt oder als isoliertes
Salz eingesetzt werden. Geeignete Säuren sind zum Beispiel : Salzsäure, Schwefelsäure,
Phosphorsaure, Essigsäure, jedoch sind auch weitere gebräuchliche Säure ren möglich.
Aminsalze. sind vorzugsweise die Hydrochloride oder Sulfate. Das Verhältnis der
Moläquivalente der Amine bzw. Aminsalze zum Stoff der Formel (2) sollte
1
: 1 bis 6 : 1 vorteilhaft 1 : 1 bis 3 : 1 sein.
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Die Menge der 8äure bzw. des Salzes eines inerten Amins kann äquivalent
zum Amin der Formel (3) sein, doch ist auch ein Uberschuß von Säure möglich.
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Die Umsetzung kann in einem inerten polaren oder unpolaren, neutralen,
basischen oder sauren organischen Lösungsmittel, in Wasser oder in geeigneten Gemischen
hiervon erfolgen.
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Geeignete Lösungsmittel sind zum Beispiel: Alkohole mit 1 bis 6 C-Atomen,
Acetonitril, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Amine, z.B. ein Überschuß des zur
Reaktion gebrachten Amins oder ein inertes tertiäres Amin, EssigEäure, Benzol, Toluol,
Aether, doch soll diese Auswahl keine Beschränkung bedeuten.
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Die Menge des verwendeten Lösungsmittels wird nach unten bestimmt
durch die gute R5hrbarkeit der Reaktionsmischu, nach oben sind keine Grenzen gesetzt,
doch ergeben zu große Verdünnungen geringere Ausbeuten und eine Verlängerung der
Reaktionszeit.
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Bei der Umsetzung schwach basischer Amine wie der aromatischen oder
heteroaromatischen Amine ist Wasser als Lösungsmittel oder Bestandteil des Lösungsmittels
zu vermeidcsn. Alle Reaktionsteilnehmer sollen dann im wesentlichen frei von Wasser
in getrockneter Form verwendet werden.
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Die Reaktion kann im Temperaturbereich von -10°C bis 200°C oder darüber
durchgeführt werden, vorzugsweise von OOC bis zum Siedepunkt des Lösungsmittels.
Die Reaktionszeit ist abhängig von der angewandten Reaktionstemperatur und liegt
etwa zwischen 1 h und 48 h.
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Der Druck soll im allgemeinen zwischen Normaldruck und 50 bar liegen.
Höhere Drücke sind möglich, aber nicht sinnvoll.
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Bevorzugt wird zwischen Normaldruck und dem Eigen-
druck
der Reaktionsteilnehmer gearbeitet.
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Die Aufarbeitung des Reaktionssatzes erfolgt, gegebenen falls nach
Abdestillieren vom nicht reagierten und/oder in der Reaktion gebildeten Salz in
der Kälte durch Einengen der Mutterlauge und anschließende Destillation oder Kristallisation
oder bzw, durch Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel aus der wäßrigen Reaktionslösung.
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Die Reaktionsprodukte fallen im allgemeinen als cis-/ trans-Isomerengemisch
an, wobei meistens das trans Isomere überwiegt.
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3-Aminoacrylnitrile der Formel (1) können Verwendung finden zur Darstellung
verschiedener Heterocyclen z.B.
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Cytosin, Pyrimidinen, Isoxazolen, 5-Aminopyrazolen, von Malonsäuredinitril,
Aminometylenmalonsäurenitril, von Herbiziden oder für Copolymere.
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Die Produkte wurden durch IR, ¹H-NMR und Massenspektroskopie eindeutig
charakterisiert.
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Beispiel 1 Zu einer Suspension von 32.5 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril
(Gehalt 70 %) in 200 ml mit Ammoniak gesättigtem Ethanol werden unter Kühlung langsam
12-35 g (0,126 mol) Schwefelsäure in 40 ml Ethanol gegeben und 5 h bei 600C gerührt.
Nach Abfiltrieren vom Feststoff, Abziehen des Lösungsmittels, Extraktion des Rückstandes
mit Essigester und Abziehen des Extraktionsmittels wurden 13.1 g (77 %) 3-Aminoacrylnitril
erhalten.
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¹H-NMR (CDCl3):# = 3.96 (d, Jcis = 9.2 Hz, CH-CN), 4.25 (d, Jtr =
13.8 Hz, CH-CN), 4.8-6.4 (breit, NH), 6.4-7.9 (m, CH-N).
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Beispiel 2 32.5 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril (Gehalt
70 %) und 20,3 g (0,3 Mol) Methylaminhydrochlorid werden in 100 ml Ethanol 4 h zum
Rückfluß erhitzt. Nach Abfiltrieren vom Feststoff, Abziehen des Lösungsmittels und
anschließender Destillation im Vakuum wurden 15,3 g (74,5 %) 3-Methylaminoacrylnitril
erhalten.
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¹H-NMR (CDCl2):# = 2.68 (d, JNW = 5.0 Hz, CHz+n, 2.8), 2.98 (d, JNH
= 5.0 Hz, CH3ciss 0,2) 3.67 (d, cis = 8.5 Hz, CH-CN), 3.83'(d, Jtr = 13.5 Hz, CH-CN),
5.71 (breit, NH, 1) 6.60 (dd, Jcis = 12.0 Hz, Jcis = 8.5 Hz, CH-CN), 7.12 (dd, JNH
= 7.1 Hz, Jtr = 13.5 Hz, CH-CN).
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Beispiel 3 32,5 g (0,25 mol) Natrium-3-Hydroxiacrylnitril (Gehalt
70 %) und 14,3 g (0,3 mol) Dimethylaminhydrochlorid werden in 100 ml Ethanol 40
h auf 500C erhitzt. Nach hufarbeitung wie in Beispiel 2 wurden 16.8 (70 %) 3-Dimethylamino-acrylnitril
erhalten.
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¹H-NMR (CCl4): = 2.92 (s, CH3+n, 5.8), 3.17 (s, CH3cis,
0,2),
3,57 (d, Jcis = 9.5 Hz, CH-CN), 3,75 (d, Jtr=13,5 Hz, CH-CN), 6,50 (d, Jcis = 9.5
Hz, CH-N, 0,1), 17,15 (d, JtD = 13,5 Hz, CH-N, 0,9 ).
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Beispiel 4 (Stoff des Beispiels 3) 30,3 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxtacrylnitril
(Gehalt 75 %) und 14,3 g (0,3 mol) Dimethylaminhydrochlorid werden in 200 ml Wasser
2 h bei 2000 gehalten. Nach Extraktion mit Chloroform und Destillation im Vakuum
werden 20,1 g (83,7 %) 3-Dimethylaminoacrylnitril erhalten.
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Das ¹H-NMR-Spektrum ist das gleiche wie Beispiel 3.
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Beispiel 5 32,5 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril (Gehalt
70 %) werden zu einer Lösung von 26.6 g (0,35 ml Diäthylamin, 210 g'(0,35 mol) Essigsäure
und 150 ml Acetonitril gegeben und 16 h bei 250C gerührt. Nach Aufarbeitung wie
im Beispiel 2 wurden 19.7 g (63,6 %) 3-Diäthylaminoacrylnitril erhalten.
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¹H-NMR (CCl4):#=1.14 (t, J = 7.0 Hz, CH3tr, 5.8). 1.28 (ts J = 7.0
Hz, CH3cis, 0,2), 3.18 (q, J = 7.0 Hz, CH2tr), 3.38 (q, J = 7.0 Hz, CH2cis), 3.71
(d, Jtr = 13.5 Hz, CH-CN), 6.31 (d, Jcis = 9,0 Hz, CH-N), 6.90 (d, Jtr=13,5 Hz,
CH-N, 1).
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Beispiel 6 32,5 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril (Gehalt
70 %) werden zu einer Suspension von Oyclohexylaminhydrochlorid (aus 29,8 g (o,3
mol) Oyclohexylamin und gasförmiger Salzsäure) in 150 ml Ethanol gegeben und 24
h bei 25°C gerührt. Nach Abfiltrieren vom Feststoff, Abziehen des Lösungsmittels
und anschließender Umkristallisation aus Tetrachlorkohlenstoff wurden 32,1 g (86,3
%)
3-Cyclohexylaminoascrylnitril erhalten.
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¹H-NMR (CDCl3)):# = 1-2 (m,(CH2)5, 10), 3.03 (m, 1), 3,75 (d, Jcis
= 8.4 Hz, CH-CN, 0,04), 3.93 (d, Jtr = 13.8 Hz, CH-CN, 0,96), (m, NH, 1), 6.66 (dd,
JNH = 13.2 Hz, Jcis = 8,4 Hz, CH-CN), 6.95 (dd, JNH = 9.0 Hz, Jtr = 13.8 Hz, CH-N).
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Beispiel 7 32,5 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril (Gehalt
70 %) werden zu einer Mischung aus 17,8 g (0,25 mol) Pyrrolidin, 12,3 g (0,125 mol)
Schwefelsäure und 200 mm Ethanol zugegeben und 7 h bei 50°C gerührt, Nach Aufarbeitung
wie in Beispiel 2 wurden 24,3 g (79,6 %) 3-Pyrrolidinacrylnitril erhalten.
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¹H-NMR (CDCl):# = 1.95 (m,(CH2)24), 3.23 (m, (CH2)2, 4), 3.62 (d,
Jtr = 13.3 Hzm CH-CN, 1), 6.53 (d, Jcis = 9.0 Hz, CH-N, 0.04), 7.14 (d, Jtr = 13.3
Hz, CH-N, 0.96 ).
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Beispiel 8 32,5 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril (Gehalt'
70 %) d 43,1 g (0,3 mol) Benzylaminhydrochlorid werden in 150 ml Acetonitril 5 h
zum Rückfluß erhitzt. Nach dem Abfiltrieren vom Feststoff und Abziehen des Lösungsmittels
wurde in Chloroform aufgenommen und mit Wasser gewaschen.
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Die anschließende Destillation im Vakuum ergab 22,6 g (57,1 %) 3-Benzylaminoacrylnitril.
-¹H-NMR (CDCl3):# = 3.88 (d, Jtr = 13.8 Hz, CH-CN, 1), 4.12 (d, JNH = 5.5 Hz, CH2,
2), 5.3-6.2 (breit, NH), 6.7-7.6 (m, Ph, CH-N, 6).
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Beispiel 9 Zu der Suspension von 30,3 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril
(Gehalt 75 %) und 17 g (0,3 mol) Allylamin
in 150 ml Methanol werden
bei 1000 18 g (0,3 mol) Essigsäure zugegeben und 48 h bei 2500 gerührt. Nach Aufarbeitung
wie in Beispiel 2 wurden 19,2 g (71,1 %) 3-Allylaminoacrylnitril erhalten.
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¹H-NMR (CDCl3):# = 3.523.98 (m, CH2aliph., CH-CN, 3), 5.09-5.32 (m,
CH2olef.), 5.66-5.86(m, CH-C), 5.7 (breit, NH), 6.63 (dd, JNH = 12.7 Hz, Jcis =
8.3 Hz, CH-N, 0,2), 7.05 (dd, JNH = 8.0 Hz, Jtr = 13.8 Hz, CH-N, 0,8).
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Beispiel 10 30,3 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril (Gehalt
75 %) werden zu einer Lösung von 9 g (0,15 mol) Ethylendiamin in 150 ml 2 n Salzsäure
gegeben und 24 h bei 250G gerührt. Der ausgefallene Feststoff wird abfiltriert und
getrocknet, die Mutterlauge mit Chloroform extrahiert.
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Es werden 12,1 g (61.3 %) 3,3-(N,N-Ethylendiamino-)bisacrylnitril
erhalten.
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¹H-NMR (Aceton.d6):# 3.16-3.55 (m, CH2, 4), 3.72 (d, Jcis = 8,4 Hz,
CH-CN, 0,3), 4.06 Cd, Jtr = 13.8 Hz, CH-CN, 1.66), 6.30 (s, NH, 2), 6.78 (dd, JNH
= 12.7 Hz, Jcis = 8,4 Hz, CH-N), 7.12 (dd, JNH = 8.1 Hz, Jtr= 13.8 Hz, CH-N).
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Beispiel 11 30,3 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril (Gehalt
75 %) werden zu einer Suspension von Piperidinsulfat ( aus 29,8 g (0,35 mol) Piperidin
und 17,15 g (0,175 mol) Schwefelsäure ) in 200 ml Methanol gegeben und 24 h bei
2500 gerührt. Nach Aufarbeitung wie in Beispiel 7 wurden 28,2 g (83,2 %) 3-Piperidinoacrylnitril
erhalten.
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¹H-NMR (CCl4):# = 1.58 (m, (CH2)3, 6), 3.13 (m, (CH2)2, 4), 3.81 (d,
Jtr = 13.5 Hz, CH-CN), 6.37 (d, Jcis = 9,0 Hz, CH-N, 0,1), 6.93 (d, 3tr = 13,5 Hz,
CH-N, 0,9 ).
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Beispiel 12 (Stoff des Beispiels 11) 30,3 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxyiacrylnitril
(Gehalt 75 %) werden zu einer Suspension von 41,3 g (0,3 mol) Triäthylaminohydrochlorid
und 21,3 g (0,25 mol) Piperidin).
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i.n 200 ml Etha'nol gegeben und 24 h bei 250C gehalten.
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Nach Aufarbeitung wie im Beispiel 8 wurden 26,9 g (79,3%) 3-Piperidinoacryinitril
erhalten.
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Das ¹H-NMR-Spektrum ist das gleiche wie im Beispiel 11.
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Beispiel 13 30,3 g (0,25 mol) Natrium-5-hydroxiacrylnitril (Gehalt
75 %) werden zu einer Lösung von Morpholinacetat (aus 26,1 g (0,3 mol) Morpholin
und 18 g (0,3 mol) Essigsäure) in 200 ml Acetonitril gegeben und 8 h auf 650C erhitzt.
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Nach Aufarbeitung wie im Beispiel 7 wurden 26,0 g (75,4 %) 3-Morpholinacrylnitril
erhalten.
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¹H-NMR (CDCl3):# = 3.11-3.75 (m, (CH2)4, CH-CNcis), 3.94 Gd, Jtr =
13.7 Hz, CH-CN, 6.30 (d, Jcis 9 9.7 Hz, CH-N, 0,2 ), 6.90 (d, Jtr = 13.7 Hz, CH-N,
0,8 ).
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Beispiel 14 30,3 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril (Gehalt
75 %) werden' zu einer Suspension von Piperazinsulfat ( aus 12,9 g (0,15 mol) Piperazin
und 14,7 g (0,15 mol) Schwefelsäure) in 200 ml Acetonitril gegeben und 5 h zum Rückfluß
erhitzt. Nach Abfiltrieren vom Feststoff und Abziehen des Lösungsmittels wurde in
Chloroform aufgenommen und mit Wasser gewaschen. Nach Abziehen des Chloroforms und
Umkristallisation des Rückstandes aus Essigester/Uetrachlorkohlenstoff wurden 25,0
g (53,2 %) 3,3-Piperazino-bisacrylnitril erhalten.
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1H-NMR (DMSO-D6): # = 3.24 (s, CH2,8), 4.17 (d, Jtr = 13.5 Hz, CH-CN,
2), 7.20 (d, Jtr = 13.5 Hz, CH-N1 2).
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Beispiel 15 Zu einer Suspension von 32,5 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril
und 32,6 g (0,35 mol) Anilin in 150 ml Ethanol werden bei OOC 12,25 g (0,125 mol)
Schwefelsäure in 30 ml Ethanol zugetropft und 5 h bei 250C gehalten.
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Nach dem Abfiltrieren von Feststoff und Abziehen des Lösungsmittels
wird im Wasser aufgenommen, mit verdünnter Schwefelsäure angesäuert und mit Aether
extrahiert.
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Nach Umkristallisation des eingeengten Aetherextraktes aus Tetrachlorkohlenstoff
wurden 24,3 g (67,6 %) 3-Anilinoacrylnitril erhalten.
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¹H-NMR (DMSO.d6):# = 4,67 (d, Jtr = 13.8 Hz, CH-CN, 1), 6.9-7.7, (m,
Ph), 7.76 (dd, JNH = 12.8 Hz, Jtr = 13.8 Hz CH-N), 9.6, (d, breit, NH).
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Beispiel 16 Zu einer Suspension von 32,5 g (0,25 mol) Natrium-3-hydroxiacrylnitril
und 37,8 g (0.35 mol) 2-Aminopicolin in 150 ml Ethanol werden bei 0°G 12,25 g (0,125
mol) Schwefelsäure in 30 ml Ethanol zugetropft und 5 h bei 60°C gehalten. Nach der
Aufabreitung wie im Beispiel 13 wurden 24,9 g (62,7 %) 3-(2-Aminopicolino-)acrylnitril
erhalten).
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¹H-NMR (DMSO.d6): # 2.38 (s, CH3, 3), 4.42 (d, Jcis = 9.0 Hz, OH-ON,
0.98), 4.84 (d, Jtr = 14.0 Hz, CH-CN, 0,02), 6.8-7.6 (m, CHarom.), 8.00 (dd, JNH
= 12.5 Hz, Jcis = Hz, CH-N), 9.96 (d, breit, J = 12.5 Hz, NH, 1).
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Beispiel 17 7.35 g (0,1 mol) Natrium-2-methyl-3-hydroxiacrylnitril
( Gehalt 70 % ) und 10,1 g (0,15 mol), Methylaminhydrochlorid werden in 100 ml Ethanol
20 h bei 2000 gerührt.
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Nach Aufarbeitung wie in Beispiel 2 wurden 6.9 g C72,O %) 2-Methyl-3-methylaminoacrylnitril
erhalten.
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Beispiel 18 Natrium-2-benzyl-3-hydroxiacrylnitril wird entsprechend
Beispiel A mit Dimethylaminhydrochlorid zum 2-Benzyl-3 dimethylaminoacrylnitril
mit gutem Ergebnis umgesetzt.